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古生物研讨学家:生物大迸发早于寒武纪?

时刻: 2019年07月05日 | 作者: 罗凯 | 来历: 举世(www.22vfpn.com)
​跟着来自埃迪卡拉纪的化石不断增多,家也在从头考虑这些生物群之间的联络。


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本刊记者 罗凯


2011年的夏天,酷热的气候像平常相同笼罩着湖北三峡区域。陈哲和我国院南京地质古生物研讨所的几位搭档正在这边的山区里做户外调查。山里的居民常用一种黑色的片状石板当瓦片,斜着盖在房子的屋顶上,一层层的石板像鱼鳞相同装修着山间的民房。

当地没有人留意这些石片的细节和纹路,也很难有人细心打量它们。但在经过一处抛弃的瓦片堆时,随队的关成国从其间一片石板上发现了异常,那上面有一块像芭蕉叶相同的印迹,特别像化石。

几番调查后,陈哲以为这确实是化石,并且和来埃迪卡拉生物群中的厥叶虫(Pteridinium)同属一类。这是古生物学家第一次在国内找到能够与世界埃迪卡拉生物群相比照的化石标本,一同也完毕了一段从20世纪50年代就逐步被激起的巴望。要知道,自从初次在澳大利亚发现来自前寒武纪的埃迪卡拉生物群后,全世界30多个当地都相继呈现了能够与之比照的生物群,可是,唯一我国一向没有相关报导。

风趣的是,我国并不缺来自埃迪卡拉纪的生物群,无论是最陈旧的以藻类为主蓝田生物群仍是以基干后生动物(现代动物的原始先人,代表了动物这一支系从单细胞先人演化成一切现代动物的终究一同先人)和胚胎化石为特征的瓮安生物群,都早已闻名于世,唯一短少能够与世界上其他当地相比照的埃迪卡拉生物群。不过,即使这些生物群同归于埃迪卡拉纪,它们也像一个个孤岛,在生命演化史的长河中各自茂盛,又各自消亡。它们的阅历与前期宏体生命的呈现和演化休戚相关,它们的习性或许能够解说现生动物昌盛的原因,但它们的兴起和消亡却在残损的地史记载中变得含糊,成了一段难以解开的谜。

咱们很想知道这些生物群之间的联络,也很想澄清它们与后续的寒武纪生命生物群之间有什么联络,如果能更进一步了解生命大迸发的本相,那就更好了。为此,咱们采访了来自我国院南京地质古生物研讨所的几位家。他们不只要亲身阅历三峡区域开掘进程的陈哲研讨员,还有正在从事蓝田生物群研讨的万斌副研讨员,以及从事瓮安生物群研讨的殷宗军副研讨员。咱们想和他们一同,企图复原藏在地球前史深处的那段故事。


《举世》:我国有哪些来自埃迪卡拉纪的生物群,别离是在哪里发现的,其间有什么代表性的生物么? 

陈哲:古生物学家在我国开掘出了许多来自埃迪卡拉纪的生物群,按年代先后顺序别离有蓝田生物群、瓮安生物群、庙河生物群、石板滩生物群和高家山生物群。蓝田生物群出产自安徽休宁区域的蓝田组,是最早宏体多细胞生物的代表,以藻类和一些或许的动物化石为主。瓮安生物群则首要产出于贵州瓮安、开阳区域,首要以微体化石为特征,包含或许的胚胎化石、藻类和低等动物。这个生物群的散布很广,江西、湖北、陕西等地都有呈现,年代上或许与蓝田生物群附近或略晚。庙河生物群最早发现于湖北庙河区域的黑色页岩中。化石以碳质压膜的方式保存,以底栖固着的多细胞藻类为主,也含有一些或许的后生动物和海绵化石。石板滩生物群则发现于湖北三峡区域,产出于灰黑色的灰岩中,包含了许多典型的软躯体化石,可广泛地与世界其他区域的埃迪卡拉生物群化石进行比照。相对较年青的高家山生物群发现于陕西宁强区域,年代或许与石板滩生物群适当或略晚,以多品种型的管状化石为特征。


《举世》:有哪些生物群能够与国外发现的埃迪卡拉生物群相比照,比照时有什么新的发现?

陈哲:在我国许多的埃迪卡拉纪生物群中,产自灯影组(5.5-5.4亿年前)的石板滩生物群能够与国外广泛散布的埃迪卡拉生物群进行比照。无论是年代、化石类型仍是化石组合,都有很强的相似性。石板滩生物群中发现的软躯体化石就与埃迪卡拉生物群白海组合和纳玛组合挨近,其间有些化石还与世界其它区域产出的同类化石彻底相同,比方盾盘虫(Aspidella)、厥叶虫(Pteridinium)、兰吉海鳃(Rangea)、查恩盘虫(Charnia)、狄更逊水母(Dickinsonia)、寒衣虫(Hiemalora)。当然,石板滩生物群也有必定的特征,其间丰度最大的软躯体化石是一种叫做雾河管(Wutubus)的生物,简直占软躯体化石的40%。这种化石是我国特有的属种,在国外还没有报导,别的,石板滩生物群还有一个特色,遗址化石十分丰富,类型也许多样,乃至呈现了曾经以为只要在寒武纪今后才会呈现的脚印化石。


《举世》:在这些生物群中哪一个生物群的时刻最陈旧,年代是怎样确认的? 

万斌:在我国埃迪卡拉纪产出的这一系列化石生物群中,蓝田生物群的年代最陈旧,年代适当于埃迪卡拉纪前期(6.35-5.8 亿年之前)。这个生物群中包含了形状多样的海藻和一些或许的后生动物化石,是迄今为止最陈旧的宏体真核生物组合,其间许多动物的形状现已显着分异。能够说,这个生物群的呈现为家探究宏体多细胞真核生物的呈现,尤其是动物的来源和前期演化,供给了最早也最坚实的资料。

不过,确认这个生物群的时刻依据是经过地层比照直接取得的。一般情况下,地质学家能够测定地层中的特别矿藏确认年代,其间最重要的定年矿藏是来自火山灰夹层中的锆石。这种办法使用了U-Th-Pb同位素体系的含量特征和放射性的半衰期原理。可是很惋惜,现在为止咱们还没有在产出蓝田生物群的蓝田组地层中找到火山灰夹层,以及相关的定年矿藏。因而咱们只能经过地层比照的办法确认蓝田生物群的年代。切当地说,在埃迪卡拉纪前期,皖南区域堆积了蓝田组地层,而在同一时期我国三峡区域也堆积了一套地层,叫做陡山沱组。陡山沱组地层的研讨前史长远,相对老练,在不同层位有一系列的年代数据。经过比照咱们发现,皖南区域的蓝田组和三峡区域的陡山沱组有极为相似的岩石地层序列和化学地层学特征(首要是碳氧同位素组成),能够完美地进行对应。由此,咱们使用陡山沱组产出的年纪数据直接约束了蓝田生物群的年代。这项定论的依据很充沛,也得到了绝大多数学者的认可。鄙人一步的作业中,咱们依然期望能在蓝田组的地层中找到火山灰夹层,或许其他能够有用确认年代的地质记载,然后直接限制蓝田生物群的年代。


《举世》:我国的各种埃迪卡拉纪生物群之间有演化上的联络吗?

殷宗军:由于年代不同,这些生物群根本上都是离散的窗口,演化上并没有直接的承继联络。比方咱们不能说瓮安生物群演化成了蓝田生物群,然后又演化成了石板滩生物群。可是,这些离散的窗口都为咱们了解海洋生物圈在埃迪卡拉纪的演替进程供给了重要信息。

毫无疑问,这些生物为寒武纪生物群的呈现奠定了根底,由于寒武纪前期呈现的动物和藻类并不需求从头来源一次(生物圈不必从头“创造”一次动物和藻类),而是在前寒武纪的生物圈根底上演化出来的(分子生物学根底相同,许多重要类群的基因乃至基因调控网络的立异也在必定程度上有所承继)。但到现在为止,还没有任何依据能够标明埃迪卡拉纪的某两个生物群之前有直接的承继联络,究竟两者之间存在年代上的距离。它们更像两个离散的点,而不是互相贴在一同的两个点。

陈哲:没错,国内埃迪卡拉纪的生物群间各具特征,整体而言不同仍是很大。可是其间也有极少量特别的化石,能够归为相同的生物类型。这至少阐明各生物群之间或许有藕断丝连的联络。比方,蓝田生物群中的扇形藻和奥尔贝串环(Orbisiana)、庙河生物群中的八臂仙母虫,这些生物在石板滩生物群中也呈现了,反映了它们之间的某种联络。别的,世界上广泛散布的埃迪卡拉生物群(我国组合称石板滩生物群)中软躯体的埃迪卡拉型生物在寒武纪开端前简直悉数绝灭。虽然在寒武纪地层中也报导过相似的软躯体化石,但能否划定为埃迪卡拉型生物或其后嗣,还有很大的争议。就咱们所知,只要极少数的化石连续到了寒武纪,比方,克劳德管(Cloudina)。

即使埃迪卡拉纪的生物群演化出了多细胞的宏体生物,要在它们和寒武纪以来的多细胞宏体生物间划上亲缘联络,仍是有很大的争议。一些学者以为,埃迪卡拉生物群生物群中含有多品种型的生物,其间一部分或许现已是现生生物的前期先人。而另一些学者的观念与此相反,他们以为这些生物与现生生物世界天壤之别,是一次失利的演化实验。


《举世》:那是什么促成了埃迪卡拉纪生物的蓬勃展开?

殷宗军:或许是生物和环境一同效果的效果。首要海水含氧量需求到达必定程度,此外生物本身演化的一些分子生物学根底,比方重要基因和基因调控网络的立异也堆集到了必定程度。

实际上这个问题十分复杂,有数千篇论文谈论,并且无所适从。现在一部分人做环境改变,着重海洋的氧化进程对埃迪卡拉纪生物,尤其是动物演化的影响;另一部分人着重生物本身,以为不同动物之间的协作或竞赛能促进生态位的扩张。比方,许多人都以为寒武纪大迸发之所以呈现,是由于动物之间捕食-被捕食现象的呈现导致了军备竞赛。有些动物在食物链顶端,发育了很强壮的口器和附肢;有些动物在食物链底层,归于被捕食的目标,它们则发育了一些防护性状,比方坚固的外壳,所以许多独特的生命方式就呈现了。这听起来很有道理,但实际上军备竞赛或许是茂盛的效果,而不是茂盛的原因。


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《举世》:现在世界上现已有家想推翻“寒武纪生命大迸发”的概念,把生命大迸发的时刻提早到埃迪卡拉纪,这种思路会成功应战传统观念么?

殷宗军:咱们知道这两个阶段的生物群之间有承继联络,但不是直接传承的,中心还有许多距离。全球现已发现了许多埃迪卡拉纪的生物群,这是现实。在这个根底上,英国爱丁堡大学的蕾切尔·A·伍德(Rachel A. Wood)教授就在《天然》的子刊《生态学与进化》(Ecology & Evolution)上撰文表明新的化石记载的发现更新了前人对寒武纪生命大迸发的知道,乃至是应战了传统的寒武纪生命大迸发的观念,他们以为动物各个类群在埃迪卡拉纪就现已来源和演化了,一向缓慢继续地演化到寒武纪,横跨了数亿年,而寒武纪前期许多两边对称动物呈现仅仅这个庞大的生物演化进程中的一环罢了。

能够说,两派的一同点是对客观的化石记载其实没有争辩,不同点在于对“寒武纪大迸发”下了彻底不同的界说。关于以为存在寒武纪大迸发的家而言,是指两边对称动物的首要类别,或许说身体构型(bodyplan)在寒武纪初期大规模呈现,而在寒武纪之前和之后就很少或许说简直没有新的两边对称动物类别呈现。他们把这个现实或许说现象称为寒武纪大迸发。

关于以为应该把大迸发时刻提早的家而言,他们对大迸发的界说更广泛,把许多根底动物(比方海绵动物、刺细胞动物以及这几个动物门的基干类群)的诞生和展开的时刻都包含在大迸发的领域之内。而这些生物确实在埃迪卡拉纪就现已呈现了。所以从这个视点上说,或许需求将大迸发的时刻提早,或许说寒武纪初期的生物辐射演化事情仅仅更长标准上生物演化进程的一环罢了。但从本质上来说,这更像朴实的“名词之争”,由于现实和现象根本不存在争议,仅仅对概念领域的划定不同,或许看同一个现象的视点不同罢了。


《举世》:在未来的研讨中,咱们还有什么能够等待的? 

万斌:学术界遍及以为“寒武纪生命大迸发”是后生动物演化史上的一个里程碑事情,以为绝大多数动物类别的先人都在寒武纪前期约5.18亿年前后迸发式的呈现。但是,跟着近年来研讨的不断深入,界也遍及认识到有些后生动物在寒武纪之前就现已来源和分异。而我国寒武纪之前的埃迪卡拉纪地层发育十分完好,其间还包含了品种繁复的化石生物群。我信任,未来必定能在这些生物群中找到真实的后生动物,不光包含较为简略的根底动物类群,还应该有比较复杂的两边对称动物类群。

咱们现已具有许多的实证资料,为知道后生动物的来源和前期演化做好了预备,未来必定有许多具有世界知名度和影响力的效果从这儿诞生。


殷宗军:接下来咱们仍是会细心研讨已有的化石记载,然后更透彻地了解那个年代的精彩改变。化石资料的发现和报导仅仅其间一部分作业,根据大数据(在长时刻标准和全球标准上)的统计分析作业,根据分子生物学的体系发作研讨,以及使用分子钟的研讨都在不断展开。未来结合分子生物学和化石记载的全依据链的研讨会让咱们对前期生命的来源和演化的了解有质的腾跃。

咱们会找到更多离散的点,发现更多新的化石乃至是化石群,然后让本来别离的孤岛逐步连接起来。咱们也会越来越明晰地看到那个年代生物圈的快速变迁,终究趋近完好的演化前史。