地球誕生在46億年前,至5.43億年前進入了地質歷史上被稱為“寒武紀”的時期。寒武紀從5.43億年前開始,至4.90億年前結束,歷時0.53億年。從地球誕生至寒武紀,地球歷經了40.57億年的漫長時期,這壹時期簡稱為前寒武紀。前寒武紀雖然時間很長,但在前寒武系中所發現的生物化石很少,而且偶有發現也是比較低等的生物。可是,到了寒武紀很多高等生物突然像“井噴”壹樣,在地層中冒了出來。這些生物是如何進化來的?它們的祖先在哪裏?這個“噴”出來的“生命世界”,怎麽會與進化論的真理完全背道而馳?真有無本之木、無源之水嗎?這就是令科學家們困惑不解的謎團之壹——寒武紀生物大爆炸。
生物大爆炸示意圖
轟動全世界的寒武紀生物大爆炸,最典型地點在哪裏?它就在我國雲南省澄江縣帽天山,我國科學家稱之為澄江動物群。
7.1.1 澄江動物群
澄江動物群是我國科學家於1984年在我國雲南澄江東部的帽天山中發現的。其地層時代為下寒武統(即寒武紀早期)筇竹寺組玉案山段,距今約5.3億年。澄江動物化石群持續的時間可能長達300萬~100萬年。
澄江動物群的化石,其保存的完美度好得令人難以置信。如蠕形動物帽天山蟲,猶如活的壹般,穴居在海底的軟泥裏,它的如蚯蚓壹樣的體環非常清晰,就連消化道也依稀可見。全部為軟組織的蠕蟲,成為化石以後,還像當初活的壹般,真難以想象;好運華夏鰻,不但骨骼保存完整,其軟體部分也保存得非常好,它好像正在水底遊動;還有猶如現在還活著似的西大動物、撫仙湖蟲和尖峰蟲等。其他化石也和它們壹樣,雖已成化石,但如刻、如雕、如畫,栩栩如生,如雲南蟲、微網蟲、那羅蟲、瓦普塔蝦、高足杯蟲、始蟲、古萊得利基蟲等。這些保存狀況無與倫比的澄江動物群化石發表後,全球為之驚嘆。最令人驚異和興奮的是這裏竟然還發現了魚化石:昆明魚。這是迄今為止全球發現的最古老的魚,被國外媒體稱為天下第壹魚--中國魚。此外,還發現了海口魚。真正的魚類,以前只在泥盆紀(距今4.10億~3.54億年)才有所發現,昆明魚和海口魚出現的時間是5.3億年前。所以,這兩類魚化石的發現,把魚類出現的時間,提前了1.2億年。因此,澄江動物群的發現,改寫了地球動物進化的歷史,對生命發展史的研究作出了劃時代的貢獻。《紐約時報》認為這是20世紀最驚人的發現;美國《科學新聞》欣喜異常地說,它使陷於絕望的探索生命起源的科學家們歡欣鼓舞。澄江動物群的產地帽天山,於1992年被聯合國教科文組織列為“全球地質遺跡東亞優先甲等第四號”。從此,帽天山就成為研究生命起源科學家們的“麥加”。
澄江動物群的地層位置(據侯先光等,1999)
澄江動物群:蠕形動物帽天山蟲化石(據陳均遠等,1996)
澄江動物群含有眾多門類的化石,總***160多屬,190余種。澄江動物群化石,種類眾多,保存完好,前所未見,聞所未聞,奇特至極,猶如天外來客,令人驚嘆、振奮而又迷惑:它們是從哪裏來的?
澄江動物群:頭索動物華夏鰻化石
澄江動物群:半索動物雲南蟲化石
澄江動物群:奇特皮魚型動物西大動物化石
澄江動物群:葉足動物微網蟲
微網蟲復原圖
澄江動物群(約5億年前)復原圖
澄江動物群:節肢動物那羅蟲化石
澄江動物群:節肢動物周小姐蟲(右上)與那羅蟲(左下)復原圖
澄江動物群:節肢動物撫仙湖蟲化石
澄江動物群:節肢動物撫仙湖蟲復原圖
澄江動物群:腔腸動物高足杯蟲化石
澄江動物群:節肢動物始蟲化石
澄江動物群:浮遊雙瓣殼節肢動物瓦普塔蝦化石
澄江動物群:節肢動物尖峰蟲化石
澄江動物群:底棲生物腔腸動物先光海葵(下中偏右)、高足杯蟲(右和右下)和帶蟲(左下)復原圖
澄江動物群:節肢動物始蟲
澄江動物群:浮遊雙瓣殼節肢動物等刺蟲(左上)、瓦普塔蝦(右)、古蟲(中下)復原圖
澄江動物群:節肢動物古萊得利基蟲(壹種三葉蟲)化石
三葉蟲復原圖
灰姑娘蟲化石
澄江動物群:節肢動物灰姑娘蟲(上)、謎蟲(下)復原圖
奇蝦化石
澄江動物群:與節肢動物具有同源演化關系的奇蝦動物奇蝦復原圖
昆明魚化石
海口魚化石
(舒德幹供稿)
7.1.2 寒武紀生物大爆炸的歷史回顧與科學思考
澄江動物群給我們演示了如夢如幻大爆炸的壹幕,但驚喜之後百問叢生。為什麽如此眾多門類、包含有節肢動物、脊索動物和脊椎動物等高級生物會在此刻突然湧現?為什麽在前寒武紀漫長的40.7億年中,我們卻很少發現類似的化石?澄江動物群祖先們走過的歷史“足跡”留在了何方?大爆炸的生物真的是從天外突至?難道真有無本之木、無源之水?難道生命的演化能夠停駐40多億年?又是什麽因素引發了大爆炸?我們應如何科學地解譯寒武紀生物大爆炸給出的信息?大爆炸意味著什麽?這些問題有待我們壹壹破解。
7.1.2.1 歷史回顧
(1)布爾吉斯動物群。無獨有偶,1909年,美國科學家在加拿大落基山的中寒武紀地層裏發現了布爾吉斯動物群。當時的布爾吉斯動物群也轟動了全世界,因為它和澄江動物群壹樣,幾乎含有所有的現生動物的各個門類,同時還包含了許多已滅絕的門類和難以歸屬的化石。不但種類豐富,數量也多得驚人,僅美國的自然歷史博物館就收藏了65000件布爾吉斯動物群的標本。但是,布爾吉斯動物群距今5.15億年,時代為中寒武世;而澄江動物群距今5.3億年,時代為早寒武世。所以,布爾吉斯動物群是澄江動物群的晚輩,其比澄江動物群要晚1500萬年。因此,我們可以設想,從地球誕生至澄江動物群出現的,這40.7億年漫長的歲月中,壹定還有另外的“澄江動物群”,只是我們現在還沒有在地層的記錄中找到它們而已。“寒武紀生物大爆炸”不會是上帝制造的,也不會是突然冒出來的,生命演化的過程也不可能被“冰封”40多億年。
布爾吉斯動物群復原圖
(2)梅樹村動物群。澄江動物群之後,有布爾吉斯動物群。在澄江動物群之前,並不是沒有發現任何化石,科學家在其之前就找到了梅樹村動物群(小殼動物群)、甕安動物群和埃迪卡拉動物群。小殼動物群是在5.4億年前早寒武世初期出現的帶殼的海生無脊椎動物的總稱。它包含有多種門類帶殼的海洋無脊椎動物化石,如雙殼類、腕足類、腹足類、喙殼類、軟舌螺類、單板類、錐石類、節肢動物、海綿、管狀動物、球狀動物、牙形石等眾多門類和壹些很難確定其分類位置的動物化石,其化石很小,壹般在0.1~5毫米。在我國以長江流域下寒武統底部梅樹村階的動物群最為典型,所以被稱之為梅樹村動物群。它比澄江動物群早1000萬年,約為5.4億年前。
從現在的發現與研究來看,寒武紀生物大爆炸可以分為3次:第壹次大爆炸產生了梅樹村動物群,距今5.4億年,可稱為序幕;第二次大爆炸產生了澄江動物群,距今5.3億年,為頂峰期;第三次大爆炸產生了布爾吉斯動物群,距今5.15億年,為尾聲。
梅樹村動物群化石
梅樹村動物群在我國的秦嶺、華北南部、長江流域、塔裏木盆地都有發現,它在全球的分布也很廣。因為分布廣、數量多且門類少等原因,人們對其重視的程度遠不如澄江動物群、布爾吉斯動物群。不過,科學家在前寒武紀(5.43億年前)的地層中,還發現了另外兩個動物群——埃迪卡拉動物群和甕安動物群。
(3)埃迪卡拉動物群。1947年,科學家在澳大利亞中南部埃迪卡拉地區的前寒武紀末期5.6億年前的龐德砂巖層中,發現很多特別奇異的化石。有的像花朵,有的像雕刻出來的花紋圖章,有的像直立的大片焦葉。它們看起來像植物,其實都是動物,和我們現在所看到的動植物的形態截然不同。有的沒有口、沒有腸,也沒有肛門,如何生存,令人困惑。它們真的和深海黑煙囪的動物壹樣靠***生的化學自養細菌生存嗎?埃迪卡拉動物群含有三個門、19個屬、24種低等無脊椎動物。3個門是腔腸動物門、環節動物門和節肢動物門。其中,水母7屬9種;水螅3屬3種;海鰓目(珊瑚綱)3屬3種;缽水母2屬2種;多毛類環蟲2屬5種;節肢動物2屬2種。除了澳大利亞以外,埃迪卡拉動物群在北美、英格蘭、瑞典、威爾士、新西蘭、波羅的海、東歐、西伯利亞和我國華南等地均有分布。其實,早在1908年,科學家就在納米比亞地區發現了該動物群化石,但是,不知什麽原因,沒有引起各方人士的重視。在這裏特別值得壹提的是,2006年我國科學家在貴州省江口前寒武紀末期5.6億年前的地層裏,發現壹只非常精美的八臂仙母蟲:輪盤形、直徑25~31毫米、與1元錢硬幣大小相當。
八臂仙母蟲化石及其復原圖
埃迪卡拉動物群化石
埃迪卡拉動物群化石
埃迪卡拉動物群復原圖
(4)甕安動物群。我國科學家在貴州甕安前寒武紀末期震旦紀的地層裏,發現了距今5.8億年的動物化石,稱之為甕安動物群。甕安動物群中發現的動物的卵和動物的多細胞胚胎(如水螅胚胎)化石震驚了全世界。在5.8億年前的前寒武紀末期的地層裏,人們從來沒有想象過能找到如此精美的化石,更難以預料它們竟然是卵和胚胎化石。科學家們驚呼:它是壹扇探索原始動物起源的閃亮窗口,開啟了儲存原始生命奧秘的信息庫。此外,甕安動物群還含有管狀後生動物、微小兩側對稱的後生動物、可疑海綿動物、腕足動物和環節動物、珊瑚幼蟲和藻類等。我們特別要著重提出的是,依據對甕安動物群中動物的卵和動物的多細胞胚胎的研究,其卵裂的方式已經不是最原始、最簡單的形式,而是包含有輻射卵裂、旋轉卵裂、螺旋式卵裂、雙重螺旋卵裂、四重螺旋卵裂;同時含有具極葉形式胚胎和與現生扁蟲相似的T字形四細胞胚胎。這些高級形式的卵裂和胚胎,表明甕安動物群至此已經走過了很長的演化歷程,表明除了在寒武紀時出現的高級的節肢動物和脊索動物以外,其他低級無脊椎動物門類的祖先可能已經顯現。甕安生物群比埃迪卡拉動物群早2000多萬年。甕安動物群是迄今為止在地層裏所發現的最古老的動物化石,是研究遠古生命演化歷程最為寶貴的記錄。
甕安動物群
甕安動物群
甕安動物群:真體腔兩側對稱動物貴州小春蟲復原圖(約0.2毫米)
甕安動物群
甕安動物群和埃迪卡拉動物群的發現,證明了在寒武紀之前除了高級的脊索動物沒有以外,其他高級的無脊椎動物如節肢動物等幾乎都有。其對破解寒武紀生物大爆炸之謎,提供了科學的證據。
7.1.2.2 科學思考
如前所述,寒武紀生物大爆炸在寒武紀裏並不是空前絕後的壹次,目前已知它壹***有3次。在寒武紀之前,也並不是沒有生物存在,所以如果要說生物大爆炸的話,在寒武紀之前已發現有兩次,與寒武紀的3次合計***5次。其由老到新的次序為:甕安動物群(5.8億年前)、埃迪卡拉動物群(5.6億年前)、梅樹村動物群(5.4億年前)、澄江動物群(5.3億年前)、布爾吉斯動物群(5.15億年前)。它們從前寒武紀末期的震旦紀(埃迪卡拉紀)至寒武紀中期,跨越了時間的長河、大步地發展而來。這個發展史,使科學家們確信生命的演化有其自己的歷程,從簡單到復雜、從低級到高級、從多樣性貧乏到多樣性豐富、從智能低到智能高;生命的表現形式也不會總是如今這個樣子。它們會從量變到質變、從漸變到突變,或者反轉過來從質變轉成量變、從突變轉成漸變。這個發展史,也證明了“大爆炸”中出現的生物,並不是從天上掉下來的,更不是上帝的手捏出來的,而是其自身歷史發展的必然結果。因此,在某種意義上講,前寒武紀的甕安動物群和埃迪卡拉動物群已經為其後來的寒武紀生物大爆炸準備好了“導引線”和“炸藥”,它使存疑百年的寒武紀生物大爆炸之謎自然消融,使因被大爆炸的“沖擊波”沖擊,而偏離進化論的學者,又回歸到了正確的軌道,也使神創論煙消雲散。
所以,科學地講,寒武紀的生物大爆炸,既不是大爆炸,也不是大爆發,把它稱之為像考古壹樣的大發現,可能更加貼切,更加符合地質記錄的實際狀況。因為,有的記錄我們可能還沒有發現,有的記錄還可能缺失。而且,這些“曇花壹現”式的動物群所記錄的時間,壹般只有100萬~300萬年,它們對於46億年漫長的地質記錄來說,只是很短的“壹瞬間”。所以,從上面的論述中,人們壹定會相信,隨著科學的發展、技術的進步、思路的拓新、對生命表現形式認識的變革、工作的深入、時間的前進,人們在寒武紀長達0.53億年的地層裏,在長達40.57億年的前寒武紀的地層裏,壹定會發現更多、更豐富的生物群。生命發展的斷鏈,壹定會被新發現的環扣連接上。