寒武紀大爆發我們離謎底越來越近

趙漢斌

生命究竟怎樣起源的？原始的脊椎動物和我們有什么關系？人類一直在探索。

2019年11月，130余名國內外專家學者聚首云南澄江，共同紀念澄江生物群發現35周年，交流寒武紀大爆發研究領域的最新進展。澄江生物群與寒武紀大爆發再次引發關注。

寒武紀大爆發曾被認為是古生物學和地質學上的一大懸案，自達爾文提出進化論以來就一直困擾著學術界。寒武紀大爆發是否真實存在？人類為何要關注那些古老的生物？

與達爾文的漸進演變思想明顯沖突

在距今約5.3億年的寒武紀早期，包括脊椎動物在內的幾乎所有動物在短短幾百萬年的時間里快速登場，節肢、腕足、蠕形、海綿、脊索動物等一系列與現代動物形態基本相同的動物，在地球上“集體亮相”，形成了多種門類動物同時存在的繁榮景象。這一快速的生命演化事件，被稱為“寒武紀大爆發”。

寒武紀大爆發這一重大科學問題，最早源自達爾文的《物種起源》。他在書中提出，寒武紀和志留紀的三葉蟲是從生活在寒武紀以前的很長時間進化而來的，但為什么沒有發現寒武紀之前富含化石的地層，“這種現象令人費解，這可能會成為反對本學說的有力證據”。由于寒武紀大爆發假說突出了生命演化的快速性、偶然性和保守性，與達爾文進化論的漸進演變思想明顯沖突，因而成為演化生物學和古生物學領域研究、爭論的焦點。

“在達爾文之后，直到20世紀初在加拿大落基山脈寒武紀地層發現門類復雜的動物化石，這一現象仍沒有被當作是快速演化事件來對待，而被認為是寒武紀之前地質記錄缺失和化石記錄不完整造成的假象。”中國科學院南京地質古生物研究所研究員朱茂炎介紹說，基于這種認識，進化論提出之后的百余年時間里，這一科學問題一直被認為是演化生物領域最具挑戰性的古生物學謎題。

1984年7月1日，當時還是中國科學院南京地質古生物研究所研究生的侯先光，在云南澄江帽天山西面山坡上發現了納羅蟲化石。隨后，林喬利蟲化石、云南鰓蝦化石、日射水母貝化石以及帽天山蟲化石等陸續被發現，“澄江生物群”就這樣首次呈現在世人面前。它們類型眾多，且十分珍稀地保存了動物軟體構造，栩栩如生地再現了遠古海洋生命的壯麗景觀和現生動物的原始特征，以豐富的生物學信息為寒武紀大爆發研究提供了直接證據，在國際上被譽為“20世紀最驚人的發現之一”，為探索寒武紀生命大爆發的奧秘開啟了一扇寶貴的科學之窗。

“從20世紀后期至今，對這些化石群的深入研究，正在為‘寒武紀大爆發是一次真實的生物快速演化事件提供越來越多的證據。”早期即參與澄江生物群研究的陳均遠研究員說。

生態驅動假說正在刷新認知

進入21世紀，科學家們將研究方向轉變為寒武紀大爆發的具體過程和幕后原因。為什么大約38億年前生命在地球出現之后，一直要到5.3億年前的寒武紀早期才發生復雜動物的快速爆發呢？

學者們認為，伴隨著動物起源和寒武紀大爆發，地球巖石圈、大氣圈和水圈也發生了一系列重大事件。首先是巖石圈板塊的劇烈運動，隨后又發生了新元古代晚期極端氣候變化“雪球事件”，這一時期，地球各圈層劇烈變化和相互作用，可能導致了多細胞生物，特別是動物的快速起源和寒武紀大爆發。21世紀開始，在“雪球事件”假說的帶動下，寒武紀時期生物與環境協同演化研究逐漸成為地球科學交叉研究的前沿。

“生命與環境的協同演化始終是相輔相成的連環過程。”中國科學院南京地質古生物研究所研究員趙方臣說，地質學家、演化生物學家、古生物學家、進化論學者對寒武紀大爆發的關注，主要集中在環境因素、生物自身即發育基因調控網絡因素和生態效應三方面。

從新元古代晚期至寒武紀早期，地表環境的劇烈變化，必然會對地球生物演化產生深刻影響。同時，生物作用又會積極地改造地表環境，從而又影響到生物的演化;在生物自身方面，動物多種多樣的軀體結構的發育構建受基因調控網路的控制，動物門類軀體結構的演化，由基因調控網路的組成和結構隨時間變化而定。它們也是動物發育演化的基本內在因素，而且在寒武紀大爆發時期已經形成。因此，很多學者認為寒武紀大爆發是一種生態現象，并提出不同的生態驅動學假說。“總之，隨著對世界各地生物群的深入研究，我們也在不斷刷新對寒武紀大爆發的認知。”趙方臣強調說。