生命從哪里來(lái)？是如何演化的？要到哪里去？這些是自然界留給古生物學(xué)家的“靈魂拷問(wèn)”。
5.4億年前，“寒武紀(jì)大爆發(fā)”到來(lái)，復(fù)雜多樣的生命在地球上“突然”出現(xiàn)，成為里程碑式的重大生命演化事件。從達(dá)爾文開(kāi)始，生命如何“突然”發(fā)生，一直是困擾科學(xué)界的重大科學(xué)謎題，也成為一代代古生物學(xué)家執(zhí)著破解的難題。
11月5日，《自然》報(bào)道了中科院南京地質(zhì)古生物研究所研究員朱茂炎研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的一種5億多年前長(zhǎng)相奇特的化石——“章氏麒麟蝦”(以下簡(jiǎn)稱麒麟蝦)。它被認(rèn)為是科學(xué)界期盼已久的、可以揭示節(jié)肢動(dòng)物起源之謎的過(guò)渡型物種，麒麟蝦的發(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了節(jié)肢動(dòng)物起源過(guò)程中關(guān)鍵的缺失環(huán)節(jié)，給生物進(jìn)化論增添了一個(gè)強(qiáng)有力的化石證據(jù)。
達(dá)爾文的困惑
1859年，達(dá)爾文在《物種起源》里特別提到，動(dòng)物界以三葉蟲(chóng)為代表的復(fù)雜類群在最古老含化石的巖石中“突然”出現(xiàn)，而復(fù)雜動(dòng)物在寒武紀(jì)“突然”出現(xiàn)是對(duì)進(jìn)化論的巨大挑戰(zhàn)。
1984年，中科院南京地質(zhì)古生物研究所(以下簡(jiǎn)稱南京古生物所)的科學(xué)家在云南澄江縣帽天山發(fā)現(xiàn)了寒武紀(jì)早期澄江動(dòng)物群，更加凸顯了“寒武紀(jì)大爆發(fā)”的突發(fā)性，也使“達(dá)爾文的困惑”變得更加“迷惑”。1999年，南京古生物所在帽天山建立了澄江古生物研究站，致力追尋生命的起源和演化，解釋“達(dá)爾文的困惑”。
論文通訊作者之一、南京古生物所研究員趙方臣是澄江古生物研究站站長(zhǎng)，他告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，澄江動(dòng)物群是一個(gè)舉世罕見(jiàn)的化石庫(kù)，澄江動(dòng)物群中化石豐富且保存精美，生動(dòng)再現(xiàn)了5.2億年前海洋生物的真實(shí)面貌。“澄江動(dòng)物群中，絕大多數(shù)現(xiàn)生動(dòng)物門(mén)類的演化歷史可追溯到寒武紀(jì)，為揭示生物‘寒武紀(jì)大爆發(fā)’的奧秘提供了極其珍貴的證據(jù)。”
達(dá)爾文進(jìn)化論提到，在現(xiàn)存和已滅絕的所有物種之間，中間和過(guò)渡環(huán)節(jié)的數(shù)量一定是難以想象的多?！耙虼?，想要破解‘寒武紀(jì)大爆發(fā)’之謎，科學(xué)家就需要找到動(dòng)物門(mén)類起源的過(guò)渡型祖先化石。”論文通訊作者之一、南京古生物所研究員黃迪穎說(shuō)。
其中，節(jié)肢動(dòng)物是理解“寒武紀(jì)大爆發(fā)”的重要例證之一。
科學(xué)家在澄江動(dòng)物群中發(fā)現(xiàn)，從寒武紀(jì)大爆發(fā)開(kāi)始，節(jié)肢動(dòng)物便是地球上多樣性最高、生態(tài)適應(yīng)最成功的動(dòng)物門(mén)類之一。在今天，它們也是地球上個(gè)體數(shù)量最多的動(dòng)物，且占據(jù)了動(dòng)物界中大約80%的物種多樣性。從人見(jiàn)人愛(ài)的螃蟹、小龍蝦、蝴蝶，到人人喊打的蒼蠅、蚊子等，它們都屬于節(jié)肢動(dòng)物，在海、陸、空各種環(huán)境下都有它們的身影。
然而，節(jié)肢動(dòng)物是怎么演化來(lái)的？它們的祖先又長(zhǎng)什么樣？100多年來(lái)，科學(xué)家追尋著這一生物進(jìn)化難題的答案。
15年找到并解析關(guān)鍵“過(guò)渡化石”
黃迪穎告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，現(xiàn)今的節(jié)肢動(dòng)物(又稱真節(jié)肢動(dòng)物)具有硬化的表皮、愈合的頭殼、多節(jié)的軀干和分節(jié)的腿肢等特征。自上世紀(jì)90年代以來(lái)，關(guān)于節(jié)肢動(dòng)物起源的研究源源不斷。
“奇特的蝦”和“寒武紀(jì)五眼怪”的發(fā)現(xiàn)，是具有重要意義的事件。
“奇特的蝦”真名奇蝦，因其體形巨大、身體造型奇特而得名。趙方臣介紹，奇蝦最早在澄江動(dòng)物群中被發(fā)現(xiàn)，是體長(zhǎng)可達(dá)兩米的頂級(jí)捕食動(dòng)物，具有分節(jié)的大附肢，被認(rèn)為是節(jié)肢動(dòng)物祖先類型。但是，奇蝦和真節(jié)肢動(dòng)物形態(tài)差異巨大，兩者之間存在著難以跨越的演化鴻溝。這一鴻溝成為探索“節(jié)肢動(dòng)物起源之謎”的關(guān)鍵缺失環(huán)節(jié)。
“寒武紀(jì)五眼怪”真名為奧帕賓海蝎，因特有的五只眼睛而得名，最早在加拿大的布爾吉斯頁(yè)巖動(dòng)物群中被發(fā)現(xiàn)，它也被認(rèn)為是節(jié)肢動(dòng)物祖先類型。
但是，寒武紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物之間的演化關(guān)系仍尚無(wú)定論。
2005年，朱茂炎研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始收集節(jié)肢動(dòng)物標(biāo)本，歷經(jīng)15年，終于尋找到6塊稀有的長(zhǎng)相奇特的化石——麒麟蝦，得以一步步揭開(kāi)“節(jié)肢動(dòng)物起源之謎”的面紗。
論文第一作者、南京古生物所助理研究員曾晗告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，此次發(fā)現(xiàn)的麒麟蝦化石，身體具有明顯的真節(jié)肢動(dòng)物特征，它的頭部組合了節(jié)肢動(dòng)物祖先類型奇蝦和奧帕賓海蝎的形態(tài)構(gòu)造，“這一種罕見(jiàn)的嵌合動(dòng)物”。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證麒麟蝦作為過(guò)渡化石的角色，研究團(tuán)隊(duì)采用多種技術(shù)手段，對(duì)麒麟蝦化石進(jìn)行了精細(xì)的比較解剖學(xué)研究；以多年積累的研究數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合麒麟蝦獨(dú)特的嵌合形態(tài)和演化發(fā)育生物學(xué)分析，證實(shí)了奇蝦和真節(jié)肢動(dòng)物第一對(duì)附肢的同源性。
那么，麒麟蝦在節(jié)肢動(dòng)物的演化過(guò)程中處在哪個(gè)位置？研究人員通過(guò)譜系發(fā)生重建，計(jì)算反演出早期節(jié)肢動(dòng)物演化關(guān)系和附肢形態(tài)轉(zhuǎn)變的新模型。
結(jié)果表明，麒麟蝦的演化位置處于奇蝦和其他真節(jié)肢動(dòng)物之間，位于真節(jié)肢動(dòng)物的根部。
“生命之問(wèn)”仍存謎團(tuán)
“麒麟蝦代表了達(dá)爾文進(jìn)化論預(yù)言的重要過(guò)渡化石，給生物進(jìn)化論增添了一個(gè)強(qiáng)有力的化石證據(jù)?！秉S迪穎說(shuō)。
麒麟蝦的發(fā)現(xiàn)也得到國(guó)際同行的高度評(píng)價(jià)。他們認(rèn)為，“這一完美而出人意料的過(guò)渡型動(dòng)物，填補(bǔ)了節(jié)肢動(dòng)物演化史一個(gè)知識(shí)空白”“架起了節(jié)肢動(dòng)物演化的重要過(guò)渡環(huán)節(jié)，涵蓋了節(jié)肢動(dòng)物幾個(gè)關(guān)鍵造型革新的起源”“解決了早期節(jié)肢動(dòng)物頭部前附肢同源性的爭(zhēng)議問(wèn)題”。
南京古生物所所長(zhǎng)詹仁斌說(shuō)，經(jīng)過(guò)幾代科學(xué)家的努力，人們對(duì)動(dòng)物起源之謎有了諸多重要認(rèn)識(shí)，但這遠(yuǎn)不是終點(diǎn)，仍有許多“謎團(tuán)”等待解開(kāi)。
事實(shí)上，中國(guó)有著很多全世界獨(dú)一無(wú)二的化石寶庫(kù)，保存著精美的化石材料。“這些材料為我們揭秘‘寒武紀(jì)大爆發(fā)’、解析生物起源之謎提供了優(yōu)質(zhì)的研究資源，未來(lái)要繼續(xù)利用先進(jìn)的技術(shù)方法，加強(qiáng)國(guó)際同行合作交流，不斷取得新突破?！闭踩时笳f(shuō)。
