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     兩岸.不可不知
  寒武紀的化石寶庫 清江生物群 5億年前的生命大爆發
  2019/5/25 | 作者:文/記者許祖華 | 點閱次數:497 | 環保列印
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文/記者許祖華

二○○七年的暑假,西北大學地質學系教授張興亮帶著傅東靜等幾名研究生在湖北宜昌長陽地區進行野外踏勘。

這裡,群山環抱,清江在山裡靜靜流淌著。一天傍晚,當他們沿著河邊行走時,一塊石頭引起了張興亮的注意。於是,他們便拿出地質錘開始敲了起來,沒想到竟然在石頭中發現了拇指長的半只蟲化石。這個「蝦」狀節肢動物正是布爾吉斯頁岩型化石庫很有代表性的林喬利蟲。緊接著,他們又在這個位置找到了寒武紀早期的無脊椎動物納羅蟲化石。

儘管是一個重大發現,但從事早期生命研究的科學家似乎都特別冷靜,發現有數億年久遠歷史的化石似乎並沒讓他們一味歡呼雀躍。在與蘊藏著五億多年前生命信息的林喬利蟲化石「邂逅」之後,他們在這片區域的研究延續了十二年。

發現清江生物群的宜昌長陽地處鄂西南山區,寒武紀地層分布廣泛。二○○七年後,西北大學早期生命與環境創新研究團隊的研究人員經過數不清多少次野外發掘和大量的研究工作,逐漸揭開了這個寒武紀「化石寶庫」的神祕面紗。

「剛開始每年去清江兩三次,只要聽說水位下降,河床露出來了,我們就去開採化石,不論颳風下雨,即使下雪也不例外。」論文第一作者傅東靜副教授回憶道。

採集化石的過程異常艱辛。工人要用撬槓撬出來一立方米大小的石塊,科研人員用地質錘順著頁岩的層面劈,一邊劈一邊看,直到找到化石,然後是整理、編號、打包……再把挖掘的化石背出山,帶回實驗室。

在實驗室裡,每一塊標本都要在顯微鏡下進行前期修復,使用掃描電鏡揭示化石的超微結構以及元素組成,再對化石進行高精度3D立體掃描……

就這樣,他們在湖北大山的「石海」中搜尋,找出了兩萬多枚化石標本。

科研上的突破是在二○一四年取得的重要進展。那時,團隊已經採獲了上萬塊化石。經過無數次分析、比較、研究,團隊終於做出了這樣的判斷:這是一個能夠揭示寒武紀大爆發時期動物門類多樣性及其演化進程的重要化石寶庫。

談到對「清江生物群」的命名,傅東靜說,一方面是因為化石埋藏地是在清江與丹水河的交匯處。「更重要的一個原因,是希望清江生物群與雲南澄江生物群日後能夠成為享譽世界的『中國兩江生物群』。」

古生物地質學懸案

「寒武紀生命大爆發」被稱為古生物學和地質學上的一大「懸案」。

在距今五億四千萬年的早寒武世,地球生命演化史上出現了一次規模最大、影響最深遠的生物創新事件。在不到地球生命發展史百分之一的時間裡迅速創生出了百分之九十以上的動物門類。寒武紀地層突然出現了門類眾多的無脊椎動物和最古老的脊椎動物——「天下第一魚」昆明魚目化石。但是,在更為古老的地層中,長期以來沒有找到其明顯的祖先化石,這一現象被稱作「寒武紀生命大爆發」,簡稱「寒武紀大爆發」。

該如何解釋在如此短的時間內突然湧現出如此之多的動物門類?一直困擾著學術界。於是,寒武紀大爆發與生命起源、智能起源等一起被列為「六大自然科學難題」。

「要破解寒武紀大爆發的奧祕,需要找到可靠的化石實證。而布爾吉斯頁岩型化石庫則是探索寒武紀大爆發的最佳窗口。」傅東靜說。

布爾吉斯頁岩型化石庫,最早在一九○九年發現於加拿大洛磯山脈寒武紀中期的布爾吉斯頁岩中,並因此命名。百餘年來,這類化石庫在全球各地已發現五十多個,其中加拿大布爾吉斯頁岩生物群和一九八四年發現的雲南澄江生物群最為著名,成為「理想的頂級研究目的地」。

「清江生物群正是頂級的布爾吉斯頁岩型化石庫。後續挖掘、研究與保護將有可能為探索寒武紀大爆發這一重大科學難題提供多方面科學依據。」傅東靜說。

化石形態保真度高

據介紹,對清江生物群已經採集到的大量珍貴化石標本中的四千三百五十一件進行初步研究後,已分類鑑定出一百零九個屬,其中百分之五十三為此前從未有過紀錄的全新屬種。而且,清江生物群中軟軀體生物居多,已發現的後生動物屬中,百分之八十五不具有礦化骨骼,絕大多數為水母、海葵等沒有骨骼的「基礎動物」。

更令科學家驚喜的是,清江生物群的化石形態保真度很高,各類群動物保存栩栩如生,動物的眼睛、神經、內臟等軟體組織和器官的形態結構清晰可見。

生物統計學的「稀疏度曲線」分析顯示,清江生物群的物種多樣性將有望超過已知所有寒武紀軟軀體化石庫。

「清江生物群的特色和優勢主要體現在新屬種比例最高、後生動物相對多樣性最大、軟軀體生物類群最多、化石形態保真度最優、原生有機質的埋藏保存最好,具有難以估量的研究潛力。」傅東靜說。

國外的專家也非常認同中國大陸科學家的研究成果。「(清江生物群)化石豐富度、多樣性和保真度世界一流,科學價值巨大。後續研究將有望填補我們對於寒武紀大爆發的認知空白並解決動物門類起源演化方面一系列科學問題。」艾莉森.戴利說。

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