楊杰：石頭里尋找生命大爆發(fā)的痕跡

韓劍利

地球上有這樣一群人，他們用雙腳丈量始祖棲息繁衍的地方，從殘存的蛛絲馬跡中挖掘生命演化的進程。楊杰，云南大學古生物重點實驗室副研究員，就是這群人中的一份子。

2016年春，他所在的科研團隊在《美國國家科學院院刊》（即《PNAS》）上，報道了寒武紀（約5.42～4.88億年前）節(jié)肢動物的神經系統(tǒng)進化，這一科研成就入選了2016年度中國十大古生物學進展。

初入生命之門

古生物地質學偏僻、冷門，似乎永遠蒙著一層神秘的面紗。地球五十多億年時間，生命體結構幾乎有四十億年都隱伏不現(xiàn)，僅有一些原始的藻類和菌類，學界稱其隱生宙。直至大約5.7億年前，生物逐漸演化出較高等級的生命體，顯生宙由此開始。

顯生宙的開端稱為寒武紀，此時，各門類動物突然呈爆發(fā)樣式出現(xiàn)，古生物學家將其命名為“寒武紀生命大爆發(fā)”。達爾文在《物種起源》中提到了這一事實，并大感迷惑，因為這似乎與進化論不符。最終達爾文只能以“地質記錄不完全，缺乏早期動物化石”來解釋。

1908年，美國地質學家維爾卡特在加拿大境內的布爾吉斯山發(fā)掘出了100多種保存得十分完整的無脊椎動物化石。維爾卡特把這些動物稱為布爾吉斯生物群。經研究，該生物群約存在于寒武紀中期（距今約5.05億年）。

1980年代，我國地質學家侯先光在云南澄江縣的帽天山發(fā)現(xiàn)了120余種古生物化石。經鑒定，這些化石屬于寒武紀早期（距今約5.3億年），比加拿大布爾吉斯生物群早了2500萬年。

澄江生物群的發(fā)現(xiàn)與研究推進，是楊杰科研生命中的重要節(jié)點。

“事實上我是學歷史出身的，但我對古生物學科太熱愛了。當初侯先光到云南后，希望組建一支團隊。我跟他講，我想跟你做研究，哪怕讓我掃地都行，最終我很榮幸地加入了。”澄江生物群剛被發(fā)現(xiàn)的時候存在一個問題：盡管古生物學家知道它比布爾吉斯要早，但不知道它確切的地質年代?！拔业倪\氣很好，剛好中國科學院南京古生物所的金玉玕院士想做這個工作，他來到了云南。因為我對野外最熟，就陪著他到處去考察。”

在漫長的研究過程中，楊杰始終懷有這樣的疑問：“為什么生命痕跡在澄江生物群過后就消失了呢？這么豐富多彩的生物群在隨后的地層里無法探知，直到布爾吉斯生物群出現(xiàn)的幾千萬年間，生命體究竟是怎么演化的呢？”

發(fā)現(xiàn)演變奧秘

“澄江生物群的巖石是很細膩的，因為它是由海底的淤泥形成的。澄江生物群下面的巖石，是有記號的砂巖。搞地質的都知道，有記號的砂巖就是海退（海退，就是深海變成了淺海，淺海變成了陸地）。當生物的生存環(huán)境不在了，過去的海洋變成了陸地，生物肯定無從尋找。但我想到，海岸線不是一樣深，只要耐心尋找，也許會找到一個在海退中沒有完全退干的海灣，它就成了澄江生物群的避難所。”帶著這樣的猜想，楊杰開始了在野外地質層中漫長的找尋。

常常他們一早就進山，用沉重的地質鍾與十字鎬重復敲打巖層，直至夜晚。累了，就席地而坐休息片刻；餓了，便吃點隨身攜帶的干糧。開采過程中的受傷，已是司空見慣，數(shù)不清的蚊蟲與蛇蝎威脅。2011年，楊杰真的發(fā)現(xiàn)了這樣一處地質遺跡。

“這個地方叫小石壩，于是就被命名為小石壩生物群，澄江生物群的亮點，在這兒得到了延續(xù)。我們經過六年的研究，發(fā)現(xiàn)這個地方很有特點。它既有澄江生物群的東西，又有布爾吉斯生物群的東西。過去對布爾吉斯生物群的研究發(fā)現(xiàn)很多東西，但解釋不了，因為之前研究的澄江生物群和它對不上號，中間的時間太漫長了，生物不斷演化的環(huán)節(jié)是缺失的。小石壩生物群的發(fā)現(xiàn)剛好讓我們找到了中間缺失的部分。這樣一來，我們就把全世界最矚目的兩個古生物地質學的圣地（布爾吉斯生物群和澄江生物群））聯(lián)系起來了。”

談起發(fā)現(xiàn)小石壩生物群的過程，楊杰分外激動。“當時我研究的地層在紅井哨組（一個地層段的名稱），前輩的科學研究認為這里是啞地層。所謂啞地層，是指這套地層不會說話。我一直有個夢想，想讓這套啞地層重新說話。當時在這邊勘探的時候，我剛好帶著兩個學生上山。本來我們的目的是看下面的一套地層，結果那層地層標本不理想。我就帶他們到了上面的紅井哨組這一地層。當時，望著那個記號的砂巖，我說反正也到這里了，看看能否撞大運淘到寶。那天學生一扒，就發(fā)現(xiàn)了一個節(jié)肢動物碎片，盡管它沒有任何研究價值，但它說明一個重要的信息——這套地層不是啞地層！

于是，楊杰把全部精力都投入到研究這套地層上?！拔覀冋业降臇|西簡直令人震驚，這些節(jié)肢動物的標本太漂亮了！那些神經、那些腿簡直栩栩如生，而且保存得特別完整！”

擒“蝦”記

經過三年多的不斷采掘，剖面已被楊杰和學生們挖成了十多米高的陡崖。西面的化石富集層雖然已經暴露，可覆蓋在上面的砂巖和泥土都已松動，挖掘隨時都可能引發(fā)崖壁崩塌。為安全起見，他們只得爬上崖頂西側先挖出一段狹窄的空間讓人站穩(wěn)，再逐步拓寬慢慢清理?！拔覀償D在一起敲打剛挖開的巖石，沒想到這給我們帶來了意外的收獲！保存精美的軟體大型雙瓣殼節(jié)肢動物不斷出現(xiàn)，還有一種從未報道過的珍稀節(jié)肢動物！”

后來楊杰拎上十字鎬和地質鍾，又爬上打到新節(jié)肢動物的那一團巖石處繼續(xù)挖。他小心地砸著巖石，白板，白板，還是白板！劈開的巖石里連化石的碎片都見不到。身前的巖石砸完了，什么都沒碰到。他用十字鎬又釣了一些高處的巖石下來。放下十字鎬，開始用地質鍾隨手砸了一下落在腳前的巖石。灰黃色的圍巖中竟露出了讓人心跳的紅色，楊杰撿起來用放大鏡觀察并大聲叫喊：“出貨了！”。那是一個長著一雙大眼睛的節(jié)肢動物，在那套地層中還從來沒有見到過這樣的標本，“肯定是個新家伙！”楊杰一邊叫一邊將標本遞給學生欣賞。“隨后我用放大鏡仔細觀察，我打到的是一個完整的小奇蝦！”

“奇蝦這種標本，布爾吉斯打了整整一百年，只有兩塊完整的；澄江動物群也采了將近三十年，完整的只有一塊。幸運如我，竟然打到了不曾奢望的完整奇蝦標本！”楊杰在這里發(fā)現(xiàn)了學名為“昆明澄江蝦”的原始節(jié)肢動物，這是迄今已知最古老、最精細的腹神經索系統(tǒng)化石。

石頭里碰神經

“2013年我們在《NATURE》上發(fā)表了關于小石壩生物群生物種類的論文。我們當時觀察到了化石中的神經節(jié)，但好多人都不信服。因為那時候觀察到的只有幾節(jié)，太少了。我們實驗室專門研究節(jié)肢動物的劉煜博士說，除非你再給我找一塊標本，神經索是從頭貫穿到尾的，否則我就不信?！碑敃r楊杰非常無奈，“化石保存有多難！我能看到幾節(jié)已經很不容易了。你讓我挑一條從頭到尾的，幾乎是不可能的?！钡珵榱俗C明結論，楊杰把所有的標本都拿出來繼續(xù)觀察?！爱敃r大概有三四百塊標本，我一塊又一塊地仔細觀察。結果真的讓我捕捉到了一塊，從頭到尾貫穿得相當好。石頭里的神經節(jié)，每一段只有0.2毫米長——說得形象一些，就是把一粒米砸碎，碎掉的粉末差不多就是0.2毫米大小?！?/p>

剖這么精細的結構，要屏息靜氣地用針尖慢慢碰觸圍巖，圍巖松動后用吹氣球清除，然后再一次去輕輕碰……這些串珠一樣的神經節(jié)，不像一般的標本那樣是修或挑出來的，而是楊杰和學生們耐著性子慢慢碰出來的。“我們重新把結果送到德國。那邊的研究手段是熒光顯微鏡，他們不光能看到分節(jié)，還能看到神經末梢。神經到了末端，會分成小細絲狀的延伸出去，我們甚至連末梢結構都看到了。這一下，全世界的科學家都承認了！我們是全世界第一個直觀地看到了原始節(jié)肢動物神經節(jié)的！”

楊杰在自己的科研日記中寫道：“這是全世界第一次在頁巖化石中看到縱觀全身的節(jié)肢動物腹部完整神經索——應該再也不會有第二塊了。

責任編輯：陳思