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澄江化石群:寒武纪生命栩栩如生

更新:2018-05-27 09:00:14

澄江动物化石群位于澄江县城以东5公里的帽天山,这一化石群的发现,轰动了国际科学界,被誉为“世界近代古生物研究史上所罕见”、“20世纪最惊人的科学发现之一”,堪称国宝,是云南乃至全国的宝贵财富,是揭示寒武纪“生命大爆炸”奥秘的金钥匙。2011年1月14日中国政府向联合国教科文组织世界遗产的申报材料,标志着澄江化石地正式成为中国2011年世界遗产申报项目。2012年7月1日,在俄罗斯圣彼得堡召开的第36届世界遗产委员会会议宣布,将中国澄江化石地列入《世界遗产名录》。

澄江化石群:寒武纪生命栩栩如生

5.3亿年前的生命至今栩栩如生

地球的“年龄”大约有46亿年。寒武纪是距今5.4亿至5.1亿年的时间段。比我们较熟悉的恐龙时代的“侏罗纪”早4亿年。1909年,在加拿大发现的寒武纪中期的布尔吉斯动物化石群轰动了世界,如今这个化石群已被联合国列为科学遗址。1947年,在澳大利亚又发现了前寒武纪末期的埃迪卡拉动物化石群。这两个化石群的时间间隔有1.1亿年,两物种间发生的突发性变化难以在实物上得到证明。

而澄江动物化石群正好处在以上两个化石群时间跨度上的中间,是寒武纪生命大爆发的最重要的环节。

云南澄江生物化石群发现始末

也许,世界上没有一处古生物化石群的发现过程,能如云南澄江生物化石群这般传奇。

1984年6月中旬,刚刚从中国科学院南京古生物所硕士毕业的侯先光,来到云南澄江县的帽天山,寻找曾经生存于寒武纪的高肌虫化石。他住在野外地质勘查工作人员的工棚里,天天早出晚归,爬过崎岖的山路,到选点搜寻古生物化石,每日劈下的石头常常有两三吨重,然而,艰苦的工作并没有得来想要的收获,工作了一个多星期,却依然两手空空,侯先光不免有些失望。

7月1日下午3点左右,正在紧张发掘的侯先光一抬脚,鞋跟不慎剐落了一片松动的岩层,一块形状奇特却又保存完整的化石露了出来,欣喜若狂的他用自己所学的知识判断,这是一块寒武纪早期的无脊椎动物化石。他再接再厉,当天就发现了三块重要化石,后来进一步鉴定发现,发现的分别是纳罗虫、腮虾虫和尖峰虫化石。

如同打开了一扇古生物宝藏的大门,此后的数天里,侯先光陆续发现了节肢动物、水母、蠕虫等许许多多同时期的古生物化石。返回南京后,他与导师张文堂教授,撰写了《纳罗虫在亚洲大陆的发现》,并在论文中将澄江的动物化石定名为“澄江动物群”。

此后,在帽天山,诸多科学家们从未见过的奇特古生物陆续重见天日。中科院南京古生物所陈均远教授、西北大学舒德干教授等人陆续加入研究行列,一系列发表在《自然》、《科学》等国际权威学术刊物上的文章,向全世界描述了在5.3亿年前的寒武纪,地球生命曾在云南澄江集体爆发的壮观场景。

1992年,澄江动物化石群遗址被联合国教科文组织列为“全球地址遗迹东亚优先甲等第四号”。2005年11月底,澄江化石群申报世界遗产的申请正式上报建设部。

2005年岁末,记者专程来到当年化石的发现地——云南澄江帽天山探访,云南省古生物重点实验室学术委员、澄江动物化石群博物馆陈爱林馆长,和记者讲起当年化石发现的过程依旧不胜感慨。

据陈馆长介绍,经历22年的不懈研究,古生物学界在澄江共发现180多种动物,其中80%都是前所未知的新种,还有20多种痕迹化石和粪便化石。几乎现生动物的所有门类,都能在澄江化石群里找到它们的远祖代表,而人的“老祖宗”——云南虫,更是首次在澄江发现。

古生物学研究表明,从地球生命出现到今天已经38亿年,但在距今5.4亿年前的寒武纪之前,生命只是以藻类和菌类的简单形式存在于海洋里。寒武纪之后,大量后生动物突然在海洋里出现,从单细胞藻类、菌类到多细胞后生动物演化特别快,只用了1000多万年,澄江动物群记录了这段特殊时期生物群的全貌。“和38亿年相比,1000万年相当于一昼夜中的一分钟,科学家把生命快速进化例子叫做生命大爆发。”陈馆长解释说。

曾经有专家认为,澄江动物群的发现挑战了进化论。生命的大爆发是否和达尔文的进化论相矛盾呢?

“达尔文在他的时代由于研究条件的限制,对生物演化的历史了解并不是很全面,他认为进化应该是慢速进化。所以,当科学家发现在寒武纪突然出现的三叶虫时,便认为可能会动摇进化论的基础。在当时的社会环境,如果谁提出快速进化,就被认为是神创论。”

“进入20世纪以来,大量的科学证据表明,进化应该是个快速的过程,澄江动物群就很典型。不过,科学家对澄江动物群的研究成果,只是对达尔文的渐变论做了修正,并非是挑战,因为即使是1000万年也并不是很短的时间。”

来到澄江化石博物馆,陈馆长向记者集中展示了陈均远教授近年来对化石复原的最新成果,那些曾经仅仅停留在化石标本中的逝去个体,那片早已在地质变化中消散的5.3亿年前的海洋全景图,鲜活地出现在记者的面前,各种生物奇特的姿态、斑斓的色彩让人称奇。陈馆长介绍了这些神奇生物的特点和重要意义。

昆虫远祖抚仙湖虫

抚仙湖虫是澄江动物群中特有的化石,属于真节肢动物中比较原始的类型,成虫体长10厘米,有31个体节,外骨骼分为头、胸、腹三部分,它的背、腹分节数目不一致,与泥盆纪直虾类化石类似,而直虾是现代昆虫的祖先,这间接表明了抚仙湖虫是昆虫的远祖。侯先光还发现,抚仙湖虫消化道充满泥沙,这表明它是食泥的动物。

九眼精灵微网虫

微网虫属于叶足动物门,因身上多边形的鳞状骨片而得名,体长可达8厘米,具有9对矿化骨片和10对足,这些骨片起到连接腿和关节的作用,目前只有在澄江才发现有这种生物完整的化石。

有专家认为,这些骨片是一种繁殖后代用的储卵器,不过参照现代节肢动物繁殖器官多集中在一个部位的特点,储卵器不可能这样分散。也有专家认为,这些骨片是具有感光作用的多眼,所以有了“九眼精灵”的美称。不过动物的眼睛一般集中在头部,和微网虫类似的生物在地球上还没有找到。

微网虫曾登在《自然》杂志封面上,成为化石明星。《纽约时报》曾经这样评论微网虫:“一些寒武纪生物很容易就扮演科幻小说里的角色,最奇怪的家伙就是一种身上长着10对足和覆盖有鳞片状骨骼的蠕形动物。”

神奇的腔肠动物栉水母

栉水母是一种食肉的腔肠动物,目前对澄江发现的栉水母化石仅限于描述,对其进化意义还未研究清楚。

它的身体上有类似楼梯一样的褶子,身体辐射对称,这在海洋生物中非常特殊。因为辐射对称的动物在海洋中保持平衡很难,捕食就更加不容易。栉水母身体顶端长了一个石质的平衡球,依靠它来掌握平衡。现代栉水母叫“海胡桃”,是最古老的无脊柱动物。

寒武纪海洋巨无霸奇虾

奇虾是一类已经灭绝的大型无脊椎动物,化石表明这种动物口器有十几排牙齿,直径有25厘米,粪便化石长10厘米,粗5厘米。由此推测,奇虾体长可能超过2米。奇虾最初在加拿大发现,当时只发现一只前爪的化石,被误认为是虾的尾巴。科学家还想像了一个虾头,由于它不是虾,所以命名为奇虾。1994年,我国科学家在帽天山发现完整的奇虾化石,纠正了从前的错误,所谓的“尾巴”其实是它的爪子。

科学家在奇虾粪便化石中发现小型带壳动物的残体,这说明它是寒武纪海洋中的食肉动物,是海洋世界的统治者和食物最终的消费者。奇虾的发现表明,当时海洋确实存在完整的食物链。新的研究发现,奇虾的捕食肢能弯曲,腿能在海底行走,不过它的附肢没有分化,节之间缺少关节。

人类远祖云南虫

云南虫,身体呈蠕形,一般长3至4厘米,大者可以长到6厘米,1991年侯先光研究员发现并命名。它的头部在化石上不易保存,开始曾被认为是特殊的蠕虫。1995年,陈均远等研究者发现它有7对腮弓,可以呼吸,并把食物留在口腔里,这是脊索动物的重要特点,提出了“云南虫是脊索动物”的观点。

云南虫原始的脊索是脊椎的前身,相当柔软,容易受到外力的伤害,似于如今脊髓中的软性物质,身体神经单元集中的脊索上,肢体的感觉可以通过脊索传到全身,脊索的出现提高了动物控制身体和对环境的适应能力。云南虫的发现证明了在澄江动物群中蕴涵着脊椎动物的起源,这是生命演化史上的重大突破。

中国学者曾在《自然》杂志发表数篇文章,集中展现对云南虫的研究成果。1995年《纽约时报》发表一篇名为《从云南虫到你之路》的文章,文中说:“如果云南虫夭折,动物的中枢神经系统将永远得不到发展,地球将像遥远的月球一样永远寂寞冷清。”

梦幻生物怪诞虫

怪诞虫属于叶足动物门,头很大,躯干背侧具有7对斜向上生长的强壮的长刺,最早发现于加拿大,它是寒武纪最著名的动物。

由于最初的化石保存不好,当英国古生物学家莫瑞斯1977年看到它身体上规则分布的两排刺时,误当成了用来走路的腿,而把本用来走路的腿误作装饰品。他认为这样的奇幻生物“只有做梦才能梦到”,所以命名为怪诞虫。

我国科学家在澄江发现的怪诞虫化石订正了这种错误的解释。后来,侯先光先生对采自澄江的最好的块标本修理后揭示,原先复原的怪诞虫头尾也颠倒了。在讨论动物演化时,怪诞虫被作为“寒武纪大爆发产生了比现代多得多的门(门一级生物),后来大部分灭绝”这一观点的理论基础。

标签:寒武纪

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