走進(jìn)消失的埃迪卡拉動物王國

“一個(gè)八臂造型的東西，看上去更像是某個(gè)現(xiàn)代黨派的徽章，而非是比第一只恐龍出現(xiàn)還要早3億年時(shí)，統(tǒng)治海洋的遠(yuǎn)古生物?！?008年10月30日，美國著名的Discbvery網(wǎng)站上的一則報(bào)道，在國際古生物學(xué)界引起了巨大震動。而引發(fā)這一震動的化石，則來自千里之外的中國貴州江口縣翁會村一個(gè)無名的小山坡。

化石上的奇特生物

2004年4月的一個(gè)陰雨天，貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院古生物及生物成礦研究所所長趙元龍，帶著同事喻美藝以及貴州103地質(zhì)隊(duì)的何明華等人，來到江口縣桃映鄉(xiāng)翁會村的一處小山坡上做常規(guī)的田野考察。

當(dāng)大家圍著山坡上的一堆巖石敲敲打打時(shí)，他們并沒有想到，自己會由此敲開一個(gè)5億年前動物王國的大門。

在幾塊敲開的巖石上，趙元龍無意間發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇特的生物圖案：那是一種橢圓形的螺旋狀生物，其直徑約有2.5～4厘米。再仔細(xì)一看，趙元龍發(fā)現(xiàn)這個(gè)螺旋狀的生物實(shí)際上是由八條“手臂”盤旋而成，樣子有點(diǎn)像水母，卻比水母小很多?；线@種外形奇特的生物，頓時(shí)引起了他的注意——它們到底屬于哪一種生物？是動物、藻類，還是真菌？

回到實(shí)驗(yàn)室后，趙元龍以及研究小組的成員們對這種化石進(jìn)行了進(jìn)一步的研究和測定。由于化石上生物的外形與著名的仙女座大星云非常相似，研究人員給它起了一個(gè)美麗而富有詩意的名字：“八臂仙母蟲”。

根據(jù)采集化石的巖石層年份，趙元龍初步確定了這幾塊八臂仙母蟲化石的年代距今5.6億年，也就是說，這種生物屬于埃迪卡拉動物。

地球上最早的復(fù)雜多細(xì)胞動物

埃迪卡拉動物？那可是在國際古生物學(xué)界大名鼎鼎的一種生物，同時(shí)也是迄今已知的世界上最早的復(fù)雜多細(xì)胞動物。

古老的埃迪卡拉動物第一次進(jìn)入人們的視野，是在1947年。這一年，科學(xué)家在澳大利亞中南部埃迪卡拉山地的末遠(yuǎn)古系龐德砂巖層中，首次發(fā)現(xiàn)了這群奇特生物的印痕化石，并將它們命名為“埃迪卡拉動物”。如今，埃迪卡拉動物的印痕化石已廣布全球，在世界30多個(gè)地方被發(fā)現(xiàn)。

最初，科學(xué)家們未能確定埃迪卡拉動物所處的時(shí)代，后經(jīng)測定為前寒武紀(jì)時(shí)期。大約在距今8.5億—6.3億年前的前寒武紀(jì)成冰紀(jì)末期，大量冰川融化，地球回暖，埃迪卡拉動物開始首次在地球上出現(xiàn)，并在距今約6.3億—5.4億年前的埃迪卡拉紀(jì)走向高峰。但是，在隨后的寒武紀(jì)早期，生命大爆發(fā)、生物多樣性劇增之際，它們卻走向了滅絕。

埃迪卡拉動物在成冰紀(jì)末期的大量出現(xiàn)，是多細(xì)胞生物在地球環(huán)境中的第一次大擴(kuò)張。那時(shí)全球冰期剛結(jié)束不久，海平面逐漸下降，形成了大面積的淺海海灘，為海洋多細(xì)胞生物提供了多樣的生存環(huán)境，也使埃迪卡拉動物得以大量繁衍。

20世紀(jì)最驚人的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一

埃迪卡拉動物化石是迄今為止人們發(fā)現(xiàn)的最古老、最原始的生物化石之一，同時(shí)，也是在太古地層中發(fā)現(xiàn)的最有說服力的生物證據(jù)。盡管其形態(tài)、結(jié)構(gòu)都很原始，但它們?nèi)员徽J(rèn)為是20世紀(jì)國際古生物學(xué)上最重大、最驚人的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。

這一發(fā)現(xiàn)使科學(xué)界摒棄了長期以來認(rèn)為在寒武紀(jì)之前不可能出現(xiàn)后生動物（指相對于原生動物的各種多細(xì)胞動物）化石的傳統(tǒng)觀念，初步解開了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)之謎，證明在寒武紀(jì)之前，已有不少多細(xì)胞的無脊椎動物存在，它們不是到寒武紀(jì)才突然大量出現(xiàn)的。

作為地球上首次出現(xiàn)的龐大而復(fù)雜的動物群，埃迪卡拉動物的發(fā)現(xiàn)，給古生物學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家們增添了許多困惑。

第一，埃迪卡拉動物是沒有礦化的外殼和骨骼的軟軀體生物，卻在通常不易保存化石的石英砂巖中被發(fā)現(xiàn)，并呈現(xiàn)三維立體形態(tài)，這在此后5億年的地球歷史上是從未有過的。

其次，埃迪卡拉化石個(gè)體大、形態(tài)多樣，但沒有現(xiàn)代動物所具有的嘴、骨骼，更缺乏動物通常所具有的進(jìn)行運(yùn)動、取食和消化等功能的器官。

因而，對于埃迪卡拉動物的屬性，起初科學(xué)家們提出了許多截然不同的觀點(diǎn)。有的科學(xué)家認(rèn)為埃迪卡拉動物屬于真菌，也有其他觀點(diǎn)認(rèn)為它們是地衣、原核生物或原始多細(xì)胞動物，甚至有人說它們屬于一個(gè)與現(xiàn)今生物界沒有任何親緣關(guān)系的獨(dú)立生物界。

長相怪異的埃迪卡拉動物

對已發(fā)現(xiàn)的化石群的研究表明，埃迪卡拉動物主要是腔腸動物，包括水母類和海鰓類，有少數(shù)是環(huán)節(jié)動物、節(jié)肢動物等。

埃迪卡拉動物是一群軟軀體生物，沒有堅(jiān)硬的殼或骨骼，沒有各司其職的復(fù)雜器官。它們具有兩個(gè)胚層，與現(xiàn)在最原始的兩胚層腔腸動物相似。其身體結(jié)構(gòu)是呈輻射對稱的，不像現(xiàn)今大多數(shù)動物那樣呈兩側(cè)對稱。

在今天的人們看來，埃迪卡拉動物有著怪異的長相：它們呈現(xiàn)出古怪的管狀和藻體狀；身形扁平，多呈橢圓形或條帶形，具有平滑的有機(jī)質(zhì)膜：一般有幾厘米大小，個(gè)別生物的個(gè)頭甚至長達(dá)1米以上。

埃迪卡拉動物之所以身形扁平，和它們生存的環(huán)境密切相關(guān)。

它們所生存的那個(gè)遙遠(yuǎn)年代，大氣中的含氧量僅有1%左右，大約只有今天大氣含氧量的7%。德國古生物學(xué)家賽拉赫（A.Seilacher）認(rèn)為，由于氧氣稀少，埃迪卡拉動物群依靠擴(kuò)大體表面積來獲取更多氧氣，以維持生命。

那時(shí)，大氣臭氧層很薄或尚未形成，屏蔽太陽紫外線的能力不強(qiáng)，照射到地面和海面的紫外輻射十分強(qiáng)烈，海水中的藍(lán)綠藻因而生長茂盛。這為埃迪卡拉動物群提供了豐富的食源，使它們迅速發(fā)展并占領(lǐng)了全世界的淺海水域，由此拉開了前寒武紀(jì)時(shí)期原始多細(xì)胞動物發(fā)展的重要一幕。

埃迪卡拉動物的第一個(gè)完整個(gè)體

當(dāng)然，八臂仙母蟲之所以會成為轟動國際古生物界的“明星”，并不僅僅因?yàn)樗鼘儆诠爬系陌５峡ɡ?。要知道，目前全世界?個(gè)地方是埃迪卡拉生物化石的“聚集區(qū)”：澳大利亞、納米比亞、紐芬蘭和俄羅斯。但在這些地方發(fā)現(xiàn)的埃迪卡拉生物化石，全都是印痕化石。

所謂印痕化石，是指生物遺體被完全埋葬前在沉積物中留下的印跡，由于埋葬時(shí)遺體業(yè)已消失，巖層中并未留下除印痕外的其他痕跡，因此其形狀比較模糊，只能看清大致的輪廓，雖然能反映生物的一些特征，卻無法辨清其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。endprint

而這一次，趙元龍等人在貴州江口所發(fā)現(xiàn)的八臂仙母蟲化石，卻非常完整。它不僅是目前全球發(fā)現(xiàn)的埃迪卡拉動物群的第一個(gè)完整個(gè)體，同時(shí)也是我國發(fā)現(xiàn)的最早動物成體化石。

貴州雖然素有“古生物王國”的美譽(yù)，在著名的甕安生物群中也曾出現(xiàn)過包括海綿動物、腔腸動物等早期動物類群在內(nèi)的世界上最古老的化石動物群，但大多是以動物卵或胚胎的形式保存下來的，人們只能借助顯微鏡才能看清它們的“長相”。

八臂仙母蟲化石的出現(xiàn)，使早期動物的研究放大到厘米的尺度，讓人們無需通過顯微鏡，便能直接通過肉眼領(lǐng)略古老的埃迪卡拉動物的風(fēng)采，因而，對進(jìn)一步的研究有著極為重要的意義。

正當(dāng)趙元龍和他的“八臂仙母蟲”研究小組開始著手進(jìn)行深入研究時(shí)，2006年6月17日到21日，第二屆國際古生物學(xué)大會在北京大學(xué)召開?！鞍吮巯赡赶x”研究小組成員之一、中國科學(xué)院南京地質(zhì)與古生物研究所研究員朱茂炎參加了此次會議。

會上，朱茂炎與來自澳大利亞的古生物專家喬·格林交流了關(guān)于八臂仙母蟲的研究，他說：“我們在貴州江口發(fā)現(xiàn)了一塊不明身份的化石，和你在南澳發(fā)現(xiàn)的印痕化石同屬埃迪卡拉紀(jì)，這兩者之間是否存在什么關(guān)系？”格林聽后十分驚訝，兩人當(dāng)即拿出化石進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)二者的結(jié)構(gòu)十分類似。

之后，來自澳大利亞、美國和中國的眾多科學(xué)家對兩處化石進(jìn)行了多次對比研究，最終確定：貴州江口發(fā)現(xiàn)的由有機(jī)碳膜保存的化石，與南澳石英砂巖中發(fā)現(xiàn)的印痕化石屬于同一種生物，這種生物屬于在動物演化早期階段出現(xiàn)的大量雙胚層動物類型中的一類。同時(shí)，這也是目前全球唯一發(fā)現(xiàn)的同一種埃迪卡拉動物化石以截然不同的方式，被保存在兩種不同的環(huán)境中。

對八臂仙母蟲的最新研究，不僅表明埃迪卡拉化石中的一部分屬于動物，也表明雙胚層動物的造型在動物演化早期階段更加多樣化；同時(shí)，由于八臂仙母蟲與現(xiàn)代海洋中的珊瑚、水母和?？葎游镏g存在一定的相似性，具有某種“親屬”關(guān)系。因此，這一發(fā)現(xiàn)也在埃迪卡拉動物群與現(xiàn)今的動物界之間建立起某種聯(lián)系，將有助于進(jìn)一步揭開埃迪卡拉動物之謎。

沒有嘴的八臂仙母蟲

在今天的自然界，生物之間的生存法則往往是弱肉強(qiáng)食、優(yōu)勝劣汰，然而埃迪卡拉動物所生存的那個(gè)遙遠(yuǎn)年代，卻被許多科學(xué)家描述為一個(gè)沒有相互捕殺的“埃迪卡拉花園”。

有科學(xué)家認(rèn)為，那時(shí)的原始海洋中，肉食性動物尚未出現(xiàn)，生態(tài)競爭還不激烈，埃迪卡拉動物平靜而悠閑地生活著，大家彼此之間沒有捕食，也不用絞盡腦汁去琢磨防衛(wèi)方法，相處融洽而友善。

對八臂仙母蟲化石的進(jìn)一步研究，證實(shí)了科學(xué)家的這種描述。

在顯微鏡下，研究人員發(fā)現(xiàn)，八臂仙母蟲有著奇特的旋臂，這些旋臂在動物活著的時(shí)候是椎狀的，但在化石形成過程中被壓扁了。旋臂是致密的碳質(zhì)實(shí)體，最大寬度可達(dá)2毫米，厚度接近1毫米。旋臂的一端匯聚在盤體的中央，另一端互相疊置，并在盤體邊緣形成封閉的環(huán)狀。研究人員推測，這可能意味著此種動物的旋臂被一個(gè)扁平的囊膜包裹，而旋臂之間充滿流動的有機(jī)質(zhì)。

研究顯示，八臂仙母蟲是一種非?！拔撵o”的動物，平時(shí)棲息在海底。它們的八只旋臂并不像章魚那樣顯露在外面，而是盤旋在一起。它們身上沒有口、肛門和消化道等器官，也沒有任何口孔或觸手。每當(dāng)感到饑餓、需要進(jìn)食時(shí)，它們會非?！拔难拧钡赜眯鄣谋砥ぜ?xì)胞無聲無息地吸附海底的微生物，然后美餐一頓。

因此，有許多研究者認(rèn)為，正是由于八臂仙母蟲和其他埃迪卡拉動物的這種“與世無爭、愛好和平”的個(gè)性，導(dǎo)致了它們無法適應(yīng)環(huán)境的演變，最終走向滅絕。

埃迪卡拉花園的覆滅

在距今5億多年前的埃迪卡拉花園時(shí)代，埃迪卡拉動物雖然沒有天敵，但依然面臨著非常嚴(yán)峻的生存問題：由于海水中含氧量稀少，可供埃迪卡拉動物獲取的“口糧”日漸減少。

要獲取更多的“口糧”，就必須增強(qiáng)呼吸、攝食等重要生理功能。而這，就需要通過擴(kuò)大生物體攝食和呼吸器官的表面積來實(shí)現(xiàn)。

具體的來說，有兩種途徑：一種是向外盡量擴(kuò)展自己的體表面積，讓呼吸和攝食都通過更大的表面皮膚來進(jìn)行。這種方法比較簡單，現(xiàn)在的絳蟲等寄生蟲采用的就是這種方法。另一種則比較復(fù)雜，要通過上百萬甚至千萬年的進(jìn)化，發(fā)展出功能專一高效的內(nèi)部器官，通過內(nèi)臟的分支和褶曲來增加器官的表面積，達(dá)到增強(qiáng)呼吸和攝食的需要。這一辦法雖然需要花費(fèi)很長時(shí)間，卻可以讓生物體更從容地應(yīng)對環(huán)境變化和生存競爭?，F(xiàn)在地球上的大部分動物，采用的都是這種方法。

“愛好和平且頗為懶惰”的埃迪卡拉動物選擇了前一途徑。它們把身體無限地扁平化伸展。然而，增大的軀體又需要更多的營養(yǎng)，而攝取更多營養(yǎng)又必須進(jìn)一步讓軀體伸展變大。在這種沒完沒了的循環(huán)中，它們把自己越攤越大。

最終，埃迪卡拉動物為這次“偷懶”付出了慘重代價(jià)——過于簡單地應(yīng)對大自然的考驗(yàn)，使它們在“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”之前，在距今約5.4億年前就走向了滅絕。留給世人的，是一個(gè)失敗的演化故事和那些被掩埋在數(shù)億年時(shí)光中的化石。（責(zé)任編輯/任玉梅）endprint