天賜——史前生命大爆發(fā)

三葉蟲

1859年11月，達(dá)爾文的著作《物種起源》出版。

書中第一次放棄了上帝創(chuàng)造世界的觀點(diǎn)，使上帝創(chuàng)世說的信仰受到懷疑，開創(chuàng)了生物演化史上的新紀(jì)元。

進(jìn)化論認(rèn)為，生物進(jìn)化是物競(jìng)天擇和漸變的過程，物種的細(xì)微變化經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間積累，就會(huì)導(dǎo)致新的物種出現(xiàn)。

但是，由于進(jìn)化論與當(dāng)今進(jìn)化生命學(xué)科三大難題中的兩個(gè)既生命的起源和人類起源相關(guān)，其本身也必定存在著自己的困難。

達(dá)爾文寫到，“今后如果有人對(duì)我的理論提出挑戰(zhàn)，這很可能來(lái)自對(duì)寒武紀(jì)動(dòng)物突然大量出現(xiàn)理論的解釋。”

“寒武紀(jì)”是地質(zhì)史上的一個(gè)年代，因英國(guó)的一座小山而得名，期間大約是五億四千萬(wàn)年前至五億一千萬(wàn)年前。它的名稱并不含有特殊的意義，但它卻是一個(gè)特殊的時(shí)代。

這個(gè)時(shí)代不僅困惑了達(dá)爾文，也困惑了達(dá)爾文以來(lái)的一個(gè)多世紀(jì)。

1882年，達(dá)爾文在生命的最后一封信中談到古三葉蟲。在他看來(lái)像三葉蟲這么復(fù)雜的動(dòng)物突然地出現(xiàn)在寒武紀(jì)地層中，這是不可思議的。

三葉蟲是生活在五億多年前到兩億多年前的一種已經(jīng)滅絕的原始節(jié)肢動(dòng)物。它的形體扁寬，背面正中突起、背上有兩道縱溝，把身體縱分為三葉形，因此而得名。

過去，寒武紀(jì)通常被稱為“三葉蟲的時(shí)代”，因?yàn)樵诤浼o(jì)地層中保存有大量的比其他類群豐富的三葉蟲化石，而在寒武紀(jì)地層中，不具礦化的軟軀體動(dòng)物化石從未被發(fā)現(xiàn)。

科學(xué)家從寒武紀(jì)之前的古老巖層中發(fā)現(xiàn)了一些單細(xì)胞生物的化石殘骸，但它們都在不久以后銷聲匿跡了。這就好像在生命的史書上劃了一條分界線，之前不過是熱身運(yùn)動(dòng)，之后到了寒武紀(jì)真正的進(jìn)化才開始。

一切都突然開始了，生命的形式不知為什么突然就變得多姿多彩，生機(jī)盎然，這一突發(fā)性生命創(chuàng)新事件通常稱為“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”。

正是在這一時(shí)期，生命選擇了其基本的形式，以后也再?zèng)]有什么大的改變。

當(dāng)科學(xué)家們檢索寒武紀(jì)時(shí)代的化石所記載的歷史時(shí)，到處可見的是難解的謎和進(jìn)化過程中的空白階段。當(dāng)新的生命形式在化石記錄中出現(xiàn)時(shí)，人們找不到與之相對(duì)的原種，而當(dāng)它們突然消亡時(shí)，又沒留下什么顯而易見的進(jìn)化體。

“為什么我們沒有發(fā)現(xiàn)成千上萬(wàn)的過渡類型化石埋藏于地殼中呢？” 達(dá)爾文痛苦地意識(shí)到，地層斷層中確實(shí)缺少此類化石的存在。這一事實(shí)一直困擾著達(dá)爾文，以至于他在書中用了一整章來(lái)討論“地質(zhì)記錄的不完整”。

就在達(dá)爾文去世27年后，一塊落基山脈的石頭出現(xiàn)在世人面前。

維爾卡特，這位美國(guó)地質(zhì)調(diào)查所所長(zhǎng)，在北美地區(qū)調(diào)查、采集了40多年寒武紀(jì)的化石。1909年8月，維爾卡特帶領(lǐng)全家到加拿大落基山脈的布爾吉斯山去野外地質(zhì)旅行?；爻痰穆飞?，一塊石頭絆倒了他夫人的坐騎，維爾卡特?fù)炱疬@塊作怪的石頭，奇跡出現(xiàn)了，一塊保存有軟體動(dòng)物的化石顯現(xiàn)在維爾卡特面前。

化石記錄了五億一千五百萬(wàn)年前寒武紀(jì)中期無(wú)脊椎動(dòng)物驚人的豐富，被科學(xué)界視為生命起源和早期演化的重要依據(jù)，為破解寒武紀(jì)生命大爆發(fā)之迷提供了重要線索。

由于地質(zhì)保存上的缺陷，布爾吉斯動(dòng)物群化石沒有立體的層面，很多的動(dòng)物形態(tài)只能依靠推測(cè)。

1981年，加拿大布爾吉斯動(dòng)物群被聯(lián)合國(guó)教科文組織批準(zhǔn)為“世界文化遺產(chǎn)遺址”，成為全世界古生物學(xué)者關(guān)注的圣地。

在昆明東南方50多公里的地方有一座小城。境內(nèi)有著名的撫仙湖，湖水清澈純凈，可直接飲用，小城也由此而得名澄江。

但是，誰(shuí)也料想不到一本破解地球生命的天書，就埋藏在澄江這座不起眼的帽天山下。

對(duì)古生物學(xué)家侯先光教授而言，1984年他在澄江帽天山的那次重大發(fā)現(xiàn)，至今還使他無(wú)法平靜。

在澄江野外勘查后，候先光首先在撫仙湖的洪家沖山頭工作了數(shù)天，后因斷層致使地層缺失，不得不重新選擇發(fā)掘點(diǎn)。于是7月1日，候先光把發(fā)掘工作轉(zhuǎn)移到了帽天山。

這塊曾在加拿大布爾吉斯動(dòng)物群出現(xiàn)的軟體化石的突然出現(xiàn)，使候先光驚愕異常。

隨后，候先光又發(fā)掘了許多以前從未發(fā)現(xiàn)過的其他門類的軟體化石。

這就是當(dāng)年侯先光發(fā)現(xiàn)的第一塊軟軀體化石，現(xiàn)作為標(biāo)本保存在中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所。

1985年，候先光與導(dǎo)師張文堂教授發(fā)表了第一篇有關(guān)澄江動(dòng)物群的研究論文，向世界宣布中國(guó)的重大發(fā)現(xiàn)，揭開了而后二十年讓世人不斷驚訝的序幕。

一系列的野外發(fā)掘和研究工作由此開始。

不斷的發(fā)現(xiàn)和探索，將五億三千萬(wàn)年前的生命世界展現(xiàn)了出來(lái)。

現(xiàn)在地球上總共有30多個(gè)門類的生物，而澄江化石群在三十多個(gè)化石點(diǎn)中就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了20多個(gè)門類一級(jí)生物。這一發(fā)現(xiàn)表明，寒武紀(jì)早期生命爆發(fā)式的出現(xiàn)，比人們?cè)瓉?lái)想象的還要突然得多。

在數(shù)萬(wàn)塊100多種動(dòng)物的化石中，它們分屬于海綿、腔腸、蠕形、節(jié)肢等動(dòng)物門類，大多數(shù)都是以前從沒有發(fā)現(xiàn)過的，科學(xué)家就用采集地、采集人來(lái)命名。

在化石標(biāo)本中，還有許多無(wú)法歸類的生物，很多可能代表早已滅絕的生物類別。

這是從加拿大布爾吉斯發(fā)現(xiàn)的一些化石殘片，它到底是什么東西？后來(lái)，科學(xué)家根據(jù)這些網(wǎng)狀骨片構(gòu)造取名“微網(wǎng)蟲”

1989年，真正的完整的微網(wǎng)蟲化石在帽天山出現(xiàn)，令科學(xué)家大跌眼鏡。原來(lái)，困惑了古生物學(xué)界幾十年的這些骨片，就長(zhǎng)在一個(gè)蠕蟲一樣的生物體內(nèi)，身體兩旁。

微網(wǎng)蟲是絕滅了的多腿緩步類動(dòng)物。身體長(zhǎng)4到6厘米，頭短而小，尾長(zhǎng)。其腹部?jī)蓚?cè)具有成對(duì)的腿，不善行走，用帶爪的腿攀附在其它生物體上，是澄江動(dòng)物群的珍稀化石。

1992年帽天山北坡修筑公路，推土機(jī)推出了一個(gè)巨大的斷面，最完整的奇蝦化石終于顯形了。

奇蝦的第一塊化石早在1892年發(fā)現(xiàn)于加拿大。其實(shí)這只是奇蝦的一個(gè)前肢，當(dāng)時(shí)卻被錯(cuò)誤地認(rèn)為是某種蝦狀動(dòng)物的身體，但令人困惑的是，總找不見蝦頭。

奇蝦是巨型肉食動(dòng)物，頭背部有一對(duì)莖狀眼，口腔前側(cè)有一對(duì)強(qiáng)壯的用于捕捉獵物的巨形前肢。根據(jù)其化石碎片推測(cè)，這類動(dòng)物體長(zhǎng)可達(dá)2米以上，而當(dāng)時(shí)動(dòng)物的平均大小卻只有幾毫米到幾厘米。

奇蝦的出現(xiàn)，標(biāo)志著在寒武紀(jì)初期，海洋的生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)有了相當(dāng)完整的金字塔式的食物鏈系統(tǒng)，而奇蝦就是位于這個(gè)金字塔頂端的生物。

五億三千萬(wàn)年前，當(dāng)時(shí)昆明周邊地區(qū)大約位于北緯15度，這一緯度比現(xiàn)在中國(guó)的海南省地理位置還要靠南一些。正是這個(gè)原因，溫暖的氣候，含礦質(zhì)的海水，使蠕蟲、水母、節(jié)肢動(dòng)物等多門類動(dòng)物大量出現(xiàn)。

某一天，在淺海洲坡的生物正在悠閑的活動(dòng)，突然暴風(fēng)雨來(lái)襲。

暴風(fēng)雨過后，兇猛的泥石流吞沒了沿途的生物，造成淺海生物大規(guī)模集體死亡，它們活生生地被埋在泥石流之中。埋葬它們的突發(fā)事件不僅使各類動(dòng)物活的時(shí)候就被快速埋葬，并在水中還產(chǎn)生了有毒物質(zhì)，使動(dòng)物在掙扎中快速窒息死亡，即便細(xì)菌在當(dāng)時(shí)也難以生存繁衍。經(jīng)過歲月的壓縮，它們變成薄薄的化石，被珍藏在石頭制成的書頁(yè)中。

在寒武紀(jì)大爆發(fā)前，地球上到底發(fā)生了什么？是什么導(dǎo)致這次瘋狂的進(jìn)化？

距澄江不遠(yuǎn)的晉寧縣位于滇池的東岸，近年來(lái)這里也成了古生物學(xué)家探尋的基地。 從梅樹村動(dòng)物群開始到澄江動(dòng)物群短短不到幾百萬(wàn)年，它們卻見證了大爆發(fā)的始末。

寒武紀(jì)大爆發(fā)從開始到結(jié)束大約只經(jīng)歷了兩百多萬(wàn)年的時(shí)間，它與整個(gè)地球生命歷史三十五億年相比較，就好像是一天24小時(shí)中的一分鐘還不到，只是非常短暫的一瞬間。

為什么在這“一瞬間”，突然出現(xiàn)了如此眾多而豐富的生物？根據(jù)各種動(dòng)物骨骼的演化，科學(xué)家們從大氣含氧量和海水成分中去尋找線索，認(rèn)為含氧量的增高可能是導(dǎo)致大爆發(fā)的重要因素之一。

一些科學(xué)家認(rèn)為，小型食草性動(dòng)物的出現(xiàn)，才是大爆發(fā)的主要誘導(dǎo)因素。它們以別的細(xì)胞為食，有了掠食者，便有更多的生產(chǎn)者，以及更多的掠食者便演化出來(lái)。

一些科學(xué)家卻認(rèn)為是地球的臭氧層被破壞，大量宇宙射線直射，引起了基因突變。

最近，中國(guó)科學(xué)家在探索澄江動(dòng)物群的基礎(chǔ)又發(fā)現(xiàn)了比它早5000多萬(wàn)年的貴州甕安動(dòng)物群。

不論哪一種觀點(diǎn)，都在訴說著一個(gè)事實(shí)，那就是生命的突然爆發(fā)。而從漸變的進(jìn)化模式來(lái)說，這個(gè)過程至少得花幾十億年時(shí)間，而事實(shí)卻不是這樣。這個(gè)爆發(fā)不是簡(jiǎn)單的數(shù)量增加，而是奠定了現(xiàn)代動(dòng)物的基本門類及它們與后世動(dòng)物進(jìn)化的關(guān)系。

1991年，候先光教授在帽天山發(fā)現(xiàn)了一種蠕蟲狀動(dòng)物化石，命名為“云南蟲”。當(dāng)初，由于某些特征于解釋難，它被放在分類位置不定的蠕形動(dòng)物。

四年后，南京地質(zhì)古生物研究所陳均遠(yuǎn)教授在英國(guó)《自然》雜志上首次提出云南蟲屬最古老的脊索動(dòng)物，拉開了它們神秘的面紗。

而西北大學(xué)舒德干教授，由相同的線索，引出了不同的結(jié)論。

“它已經(jīng)超出了非脊索動(dòng)物的范圍。但是，我覺得因?yàn)樗鼪]有肌節(jié)，沒有真正的脊索，也就是說不具備真正脊索動(dòng)物的兩個(gè)基本特征。”

半索動(dòng)物的論證遭到陳均遠(yuǎn)的駁斥，他極力支持云南蟲是脊索動(dòng)物。

爭(zhēng)論往往是發(fā)現(xiàn)的契機(jī)。1999年4月，陳均遠(yuǎn)教授等在昆明?？诙拇宓纳狡律习l(fā)現(xiàn)了云南蟲的近親“海口蟲”，把澄江動(dòng)物群的研究推向了高潮。

?？谙x向世人提供了一幅清晰的大爆發(fā)早期的、不容置疑的脊索動(dòng)物的快照。

同年11月，西北大學(xué)舒德干教授等又在昆明?？诘貐^(qū)發(fā)現(xiàn)了保存極為完善的“昆明魚”化石，再次引發(fā)科學(xué)界的大震憾。

澄江動(dòng)物群的“?？谙x”、“昆明魚”等珍奇化石的發(fā)現(xiàn)，使古生物學(xué)界形成了共識(shí)。在前寒武紀(jì)末期至寒武紀(jì)初期，地球上確實(shí)發(fā)生了一次生物門類大創(chuàng)新事件，而且，現(xiàn)今的動(dòng)物界無(wú)脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物兩大類都參與了這次大爆發(fā)事件。

澄江動(dòng)物群是地球早期生物演化實(shí)例的一大奇跡，這部天書為人類窺視最古老的生命提供了豐富的咨詢。