探秘清江生物群
——記西北大學(xué)發(fā)現(xiàn)寒武紀(jì)大爆發(fā)極盛時(shí)期清江生物群

本刊記者/張瑞芬 鄭飛

2019年3月22日,世界的目光突然聚焦在中國(guó)湖北宜昌長(zhǎng)陽(yáng)這個(gè)地處鄂西南山區(qū)的土家族自治縣，被當(dāng)?shù)厝艘曌鳌澳赣H河”的清江一夜之間名揚(yáng)天下。

中國(guó)科學(xué)院院士舒德干帶領(lǐng)的西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)，早已預(yù)見(jiàn)到這一切——甚至在5年前，他們就深信“清江”這個(gè)名字，將會(huì)在古生物學(xué)研究史上占據(jù)一個(gè)耀眼的位置。西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)的張興亮教授正帶領(lǐng)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)陽(yáng)當(dāng)?shù)劂@井取樣，以期探索寒武紀(jì)生命大爆發(fā)時(shí)期古生物環(huán)境條件如何影響生態(tài)結(jié)構(gòu)及演化，并試圖破解動(dòng)物軟體結(jié)構(gòu)特殊埋藏機(jī)制。

清江生物群模擬復(fù)原圖

探秘寒武紀(jì)生命大爆發(fā)

清江生物群和距離1050千米之外的澄江生物群處于相同的時(shí)代。西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)相信，在后續(xù)大規(guī)模的發(fā)掘研究中，清江生物群將為發(fā)現(xiàn)和探索新的軀體構(gòu)型和新的動(dòng)物門(mén)類(lèi)提供更多的第一手材料，清江生物群研究有望在后生動(dòng)物門(mén)類(lèi)起源演化，以及化石的特異埋藏領(lǐng)域首先取得新突破。

舒德干院士（前排左二）與師生交流

昆明魚(yú)目

清江生物群中目前發(fā)現(xiàn)的此前從未有過(guò)記錄的全新屬種

充滿活力、干勁的西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)

這樣的認(rèn)識(shí)和自信基于張興亮、傅東靜等人對(duì)清江生物群研究取得的初步成果，更基于30年來(lái)西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)在舒德干院士的帶領(lǐng)下，對(duì)澄江生物群及寒武紀(jì)大爆發(fā)進(jìn)行長(zhǎng)期探索并取得的系統(tǒng)的創(chuàng)新成果。

團(tuán)隊(duì)提出早期后口動(dòng)物亞界完整的譜系圖，實(shí)證了原口動(dòng)物亞界中最大門(mén)類(lèi)節(jié)肢動(dòng)物門(mén)的起源演化及基礎(chǔ)動(dòng)物亞界演化連貫性，揭示了動(dòng)物三大亞界關(guān)鍵門(mén)類(lèi)的起源和演化關(guān)系，首次提出了早寒武世完整動(dòng)物樹(shù)框架。

生命之樹(shù)

生命之樹(shù)的猜想是達(dá)爾文進(jìn)化論的核心，地球上的生命皆源自一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)祖先，隨后在38億年的時(shí)間不斷分支和代謝，最終形成了今天這棵枝繁葉茂的生命大樹(shù)。近幾十年來(lái)，科學(xué)家們正在積極聯(lián)手逐步勾勒出各級(jí)各類(lèi)動(dòng)物之樹(shù)、植物之樹(shù)、真菌之樹(shù)、原核生命之樹(shù)，乃至統(tǒng)一的地球生命大樹(shù)。而舒德干等人在寒武紀(jì)大爆發(fā)前后找到地球上的動(dòng)物樹(shù)逐步發(fā)育成長(zhǎng)的隱秘證據(jù)，勾畫(huà)出動(dòng)物門(mén)類(lèi)起源爆發(fā)時(shí)最初成型的動(dòng)物樹(shù)輪廓。

考證了3個(gè)動(dòng)物亞界的階段性演化成型事實(shí)，明確界定了寒武紀(jì)大爆發(fā)的終點(diǎn)，舒德干等人創(chuàng)新性地提出了“三幕式”寒武紀(jì)大爆發(fā)假說(shuō)。假說(shuō)認(rèn)為寒武紀(jì)大爆發(fā)并非一次性突發(fā)事件，而是一個(gè)歷時(shí)4000萬(wàn)年以上的由量變到質(zhì)變的多幕式演化事件，它包括前奏、序幕、主幕3個(gè)階期,并依次形成了3個(gè)動(dòng)物亞界。較傳統(tǒng)的“幾乎所有動(dòng)物門(mén)類(lèi)都站在同一起跑線上”的“一幕式”寒武紀(jì)大爆發(fā)假說(shuō)，“三幕式”反映了寒武紀(jì)大爆發(fā)過(guò)程的階段性和連續(xù)性，更接近動(dòng)物界的真實(shí)輻射演化史。

尋找人類(lèi)的遠(yuǎn)祖至親

在地球生命構(gòu)成的這棵譜系大樹(shù)上，人類(lèi)不過(guò)是某個(gè)枝條上的一片小葉。沿著動(dòng)物進(jìn)化的方向回溯，或許就能引導(dǎo)人類(lèi)一步一步探尋自己生命的奧秘，找出“我們是誰(shuí)?”“我們從哪里來(lái)?”的答案。

出現(xiàn)于第三紀(jì)、第四紀(jì)的人類(lèi)之前是什么樣子?是哺乳類(lèi)、是爬行類(lèi)、是兩棲類(lèi)、是水生脊椎動(dòng)物，再向前，就是舒德干等人1999年在澄江化石庫(kù)捉回來(lái)的“第一魚(yú)”昆明魚(yú)目。

“澄江生物群與人類(lèi)早期起源密切相關(guān)，昆明魚(yú)目(包括昆明魚(yú)、?？隰~(yú)、鐘健魚(yú))甚至有可能恰好是人類(lèi)的遠(yuǎn)古祖先。”舒德干院士說(shuō)。作為最古老的脊椎動(dòng)物，昆明魚(yú)目已經(jīng)具備了頭(腦)、脊椎和心臟，為人類(lèi)重要器官的早期起源提供了對(duì)應(yīng)的源頭。

人類(lèi)是后口動(dòng)物亞界超級(jí)大家庭的一員，早期后口類(lèi)祖先創(chuàng)生了鰓裂構(gòu)造引發(fā)了新陳代謝革命而與原口類(lèi)分道揚(yáng)鑣，舒德干帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在澄江化石庫(kù)發(fā)現(xiàn)了比昆明魚(yú)更為古老更為原始的無(wú)頭無(wú)脊索的古蟲(chóng)動(dòng)物門(mén)，其前體不僅有大口更有咽腔型鰓裂，后體具有腸道和肛門(mén)。

經(jīng)過(guò)對(duì)澄江生物群30年的研究，舒德干團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)那些最重大進(jìn)化創(chuàng)新事件的可靠化石證據(jù)，在國(guó)際上首次揭示出脊椎動(dòng)物、頭索動(dòng)物、尾索動(dòng)物、棘皮動(dòng)物、古蟲(chóng)動(dòng)物等后口動(dòng)物亞界幾乎所有門(mén)類(lèi)的原始代表，勾勒出早期后口動(dòng)物亞界完整的譜系演化圖，讓人們可以真實(shí)地看到從低等動(dòng)物通達(dá)人類(lèi)漫長(zhǎng)旅途中那些在器官構(gòu)造創(chuàng)新上做出杰出貢獻(xiàn)的原始祖先。

2017年初，舒德干團(tuán)隊(duì)的韓健研究員在陜南“寬川鋪生物群”發(fā)現(xiàn)了冠狀皺囊動(dòng)物，這個(gè)直徑約1毫米的單一微球囊動(dòng)物尚無(wú)肛門(mén)，只有一個(gè)相對(duì)它的身體來(lái)說(shuō)奇大無(wú)比的口。皺囊蟲(chóng)是迄今發(fā)現(xiàn)的最古老最原始的后口動(dòng)物，或代表基礎(chǔ)動(dòng)物與后口動(dòng)物之間的珍稀過(guò)渡類(lèi)群，這個(gè)被認(rèn)為代表著顯生宙最早期的微型人類(lèi)遠(yuǎn)祖至親，或許離學(xué)界期盼已久的始祖不遠(yuǎn)了。

2017年2月9日，《自然》雜志以封面亮點(diǎn)論文的形式刊發(fā)了韓健的研究文章，并評(píng)價(jià)該研究“為人類(lèi)遠(yuǎn)古起源研究的‘重大懸案’找到了實(shí)證”。該項(xiàng)成果還入選了當(dāng)年的“中國(guó)古生物學(xué)十大進(jìn)展”。

以求真態(tài)度做踏實(shí)的工作

西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)兩次獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)，研究成果兩次入選“中國(guó)十大科技進(jìn)展”，兩次入選“中國(guó)高校十大科技進(jìn)展”。

英國(guó)《科學(xué)報(bào)告》曾在線發(fā)布了張志飛教授課題組寒武紀(jì)冠輪動(dòng)物超門(mén)研究成果，成果揭示了5.3億年前軟體動(dòng)物門(mén)和環(huán)節(jié)動(dòng)物門(mén)的共祖特征。這項(xiàng)研究成果對(duì)理解后生動(dòng)物門(mén)類(lèi)，尤其是冠輪動(dòng)物超門(mén)的系統(tǒng)演化有重要科學(xué)意義。張志飛關(guān)于內(nèi)肛動(dòng)物的發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了寒武紀(jì)大爆發(fā)缺乏內(nèi)肛動(dòng)物的空白，被評(píng)價(jià)為“成全了新達(dá)爾文主義的夢(mèng)想”。

2012年，團(tuán)隊(duì)的劉建妮教授在澄江化石庫(kù)發(fā)現(xiàn)了仙人掌滇蟲(chóng)，這個(gè)來(lái)自5.2億年前，渾身長(zhǎng)刺、身體和腿基本一樣粗的生物后來(lái)被證實(shí)是節(jié)肢動(dòng)物的祖先。仙人掌滇蟲(chóng)的發(fā)現(xiàn)解決了節(jié)肢動(dòng)物這一地球上最大優(yōu)勢(shì)類(lèi)群起源的難題,是古生物學(xué)研究領(lǐng)域的重大突破?！跋扇苏频嵯x(chóng)”入選了2012年度國(guó)際十大生物新屬種，是唯一入選的化石新屬種，也是唯一一個(gè)代表中國(guó)入選的生物新屬種。

作為舒德干院士指導(dǎo)的第一位博士生，張興亮在寒武紀(jì)大爆發(fā)和動(dòng)物門(mén)類(lèi)起源基礎(chǔ)前沿取得的成果，解決了許多長(zhǎng)期懸而未決的科學(xué)難題。2016年，由張興亮教授主持，舒德干院士、劉建妮教授、張志飛教授、韓健教授為主要完成人的“地球動(dòng)物樹(shù)成型”項(xiàng)目獲得了國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。這一年，距舒德干創(chuàng)立西北大學(xué)早期生命研究所，整整過(guò)去了20年。

“不馳于空想，不騖于虛聲。而惟以求真的態(tài)度，作踏實(shí)的工夫?！睆陌l(fā)現(xiàn)化石到最終發(fā)表研究成果，中間往往是5年、10年，甚至是更長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)和研究。在發(fā)現(xiàn)清江生物群之前，研究團(tuán)隊(duì)的張興亮教授和傅東靜副教授每年都拿著地質(zhì)圖，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在全國(guó)進(jìn)行巡回野外踏勘，華南、華北，甚至新疆，凡是有寒武紀(jì)泥質(zhì)頁(yè)巖的地區(qū)，都留下了團(tuán)隊(duì)的足跡。

動(dòng)物界有38個(gè)門(mén)，在寒武紀(jì)大爆發(fā)時(shí)期已發(fā)現(xiàn)20個(gè)現(xiàn)生動(dòng)物門(mén)和6個(gè)滅絕動(dòng)物門(mén)類(lèi)，還有18個(gè)現(xiàn)生動(dòng)物門(mén)類(lèi)在寒武紀(jì)大爆發(fā)時(shí)期未找到化石代表。新化石產(chǎn)地發(fā)現(xiàn)的意義格外重大，清江生物群中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多形態(tài)奇異的嶄新物種?！半S著日后研究工作的展開(kāi)和深入，清江生物群在揭示動(dòng)物樹(shù)最初成型中的重大事件，探索人類(lèi)最早的進(jìn)化軌跡,特別是研究動(dòng)物樹(shù)和環(huán)境的協(xié)同變化關(guān)系等方面，一定會(huì)取得震驚世界的科研成果?！?/p>

73歲的舒德干院士對(duì)團(tuán)隊(duì)以后的研究工作充滿了期待：“前面還有很多工作需要年輕人來(lái)完成。我希望最好的研究工作,由中國(guó)人來(lái)完成。”

在清江化石群遺址地挖掘標(biāo)本

張興亮、傅東靜在研究工作中