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蓝田生物群重新书写复杂生命起源的历史

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热度17票 浏览25次 时间:2017年11月24日 10:33
   蓝田生物群生态复原图

蓝田生物群生态复原图

蓝田生物群的典型化石——光滑蓝田虫

蓝田生物群的典型化石——光滑蓝田虫

(中国化石网报道)据中国科学报(袁一雪):2009年,中科院南京地质古生物研究所研究员袁训来第三次来到安徽省休宁县蓝田镇,这一次,他带着从贵州省黔南布依族苗族自治州瓮安县发现的“瓮安生物群”中的疑问,来到这里找寻答案。

不负众望,袁训来与同事们在蓝田镇真的发现了迄今为止最古老的复杂生物群,重新书写了复杂生命起源的历史。

这些胚胎的繁育者是谁?

袁训来与蓝田镇的缘分源自1994年。那一年,是他从北京大学毕业到南京古生物所工作的第三个年头,野外考察每一天的工作就是带着榔头到山边,边走边敲,寻找化石的踪迹。只是,那次科考收效甚微。“当时,我们在那里只发现了过去已经报道的一些藻类化石,而没有其他新类型的化石。”袁训来在接受《中国科学报》记者采访时解释说。

比在蓝田镇考察稍早一点的时间,1993年,袁训来与同事王启飞、张昀(已故)对距离蓝田镇1000多公里的贵州省瓮安县瓮安磷矿的化石进行了初步研究,并将其命名为“瓮安生物群”。这个生物群以微体化石为主,很多保存了细胞结构,时代为距今约6.09亿年的埃迪卡拉纪。

那时候,袁训来的科研工作重心还在瓮安生物群,相继发现了很多重要化石,如最古老的地衣化石、最古老的腔肠动物化石、最早的珊瑚藻类化石等。不过,这期间他也并没有放弃对蓝田生物群的研究,1997年,他曾带领团队在蓝田镇扩大了发掘范围,但是依然没有发现新的化石类型。

1998年,国际上有学者分别在英国《自然》杂志和美国《科学》杂志上发表了两篇具有重要影响的论文,宣称在瓮安生物群中发现了动物胚胎化石。这两篇论文让瓮安生物群成为国际学术界研究动物起源和早期发育的热点。“这些胚胎化石直径大小在0.5~1毫米,与现代很多无脊椎动物的胚胎类似,从形态上看不出太大的区别。”袁训来补充说。而且,它们被保存得相当完整,甚至有些保存了受精卵的细胞分裂过程。

胚胎化石的发现令国际早期生命研究学者们为之一振,但是后来的研究却又让他们陷入了困惑——这些胚胎的繁育者是谁?

“我们没有在瓮安生物群中发现这些胚胎化石的母体,即成虫化石。”袁训来告诉记者。造成这种情况的原因很多,通过研究,他们发现包裹化石的磷块岩是经历了风浪搬运后,沉积下来的。一些大块体的岩石在运动过程中被风浪打碎,这一证据来自一些被发现的岩石颗粒,类似于现代海边的石英砂粒,有磨圆的特点,表明当时的水动力很强。于是,袁训来等人推断,或许当初保存下来的大个体的动物化石也被打成了碎片,难以识别,即使磷块岩中保存了那些大个体动物的碎片,也很难拼凑出它们原来的模样,“就像花岗岩石块在海洋中风吹浪打,最终都变成了细小的石英砂而看不出当初的样子”,袁训来打了个比方。

如果当时的情况确实如推断所言,那么,或许在瓮安磷矿地区,这些胚胎的繁育者已经与化石保存无缘。

相距千里的“母子情”

没有在瓮安找到胚胎的繁育者,袁训来并没有因此放弃,他感觉经过6亿多年的变迁,地壳的变动或许让其他地区保留着这些繁育者的信息。

沿着这一思路,袁训来和同事们不由自主地想到了一直在研究的蓝田生物群。“蓝田生物群与瓮安生物群基本属于同一个时代。”袁训来说。而且,经过考察,他们发现蓝田生物群水体较深,瓮安生物群水体较浅,于是推测,也许当时的动物成体生活在水体较深的区域,就类似蓝田生物群的生存环境。

这是一次科学的预见。而这一科学预见结果会怎样呢?袁训来与同事们三探蓝田镇,答案见晓。在与之前发现蓝田生物群位置隔着一条河的地方,他们找到了有可能是那些胚胎化石的“父母”。

因为发现的胚胎大小在0.5~1毫米,根据现代生物学常识,成虫至少是胚胎大小的30倍。所以袁训来推测,其“父母”的直径应该不小于3厘米,而且根据当时生物演化的总体水平,底栖游移生活的复杂动物应该还没有出现,如果有动物,它们很可能是底栖固着的类型,并长了触手用来取食。果然如他所言,经过几天的挖掘,一对上部长有触手、下面具有固着装置、长度约3厘米、形态类似现代珊瑚虫的化石被发掘出来,它们出现在同一块化石的正反面。这块化石印证了袁训来的科学推断。“当科学预见和实践结果相吻合时,这就是难以言表的科学之美。”提起当时的情形,袁训来至今还兴奋不已。

而且,这块化石的发现让袁训来意识到,其外形和繁育特征符合复杂生物的特征。与生命最早的形式——单细胞相比,蓝田生物群中发现的化石,既有类似现代的复杂形态的藻类,又有类似现代腔肠动物的肠道和触手结构。“但是当时的多细胞生物相对于寒武纪之后的动物还是比较简单,没有发现底栖游移的复杂动物,比如三叶虫等。”袁训来说。

复杂生物的最古老证据

新的发现令人振奋,同时也让袁训来有了更大的疑惑:这些化石与世界上其他地区保存的早期复杂生物化石相比,哪个更早?这里的化石是不是最古老的复杂生物化石群?
在蓝田生物群被发现之前,澳大利亚等地发现的“埃迪卡拉生物群”长期被认为是最古老的宏体生物组合,但由于这个生物群独特的生物面貌,没有组织器官分化等特点,被认为是进化失败的试验品,并不是现代生命的祖先。

而宏体生物则被认为是包括人类在内所有肉眼可见生命的鼻祖,在生物谱系树上属于真核生物一支。

袁训来的同事周传明将蓝田化石群的化学地层、沉积序列,与我国三峡地区和世界其他地区相关的地层进行了对比。最终确认,蓝田生物群是地球上迄今为止最古老的高等生物化石群,比以往的所有“埃迪卡拉生物群”都要古老。

2011年,袁训来团队的这篇关于蓝田生物群研究的文章,正式在英国《自然》杂志上发表。“‘蓝田生物群’是形态简单或微体的真核生物向体型结构复杂和形态多样性演化的重要环节,它为埃迪卡拉纪晚期以及寒武纪之后的复杂生态系统的建立和发展奠定了基础。”袁训来说。世界上著名的早期生命研究专家、加拿大的格·纳波尼教授在杂志同期撰文进行了评述,对该项研究成果进行了高度评价,指出“它们是地球上迄今最早的宏体生物”“蓝田生物群为早期复杂宏体生命的研究打开了一个新窗口”。
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