簡介
距今5.3億年前的淺海里，生命經歷了一次革命性的大規模演化，沉寂了40億年的地球突然有了生動的色彩。這就是曾讓達爾文為之不解的“寒武紀大爆發”。而日前被評定為國家自然科學獎一等獎的“澄江動物群與寒武紀大爆發”研究，就是想解開這個地球生命史上的驚人秘密——生命在地球上已存在40億年了，但35億年都消磨在了單細胞低等生命的水平上。直到5.3億年前的寒武紀，神奇的“寒武紀生命大爆發”的接近5370萬年瞬間，現代生物所有“門”一級的早期雛形“大爆炸”般地在地球上出現了。
詳細資訊
寒武紀（Cambrian）是在地質時間上約為541±1~485.4±1.9百萬年前古生代初期的一段地質時間。它可區分為三個時期：始寒武紀（5.41-5.4億年前）、中寒武紀（5.4-5.23億年前）、以及後寒武紀（5.23-4.85億年前）。延續時間為5370萬年。“寒武紀大爆發”是一個令達爾文都感到困惑的問題，在人們普遍認同達爾文進化論的今天，全面揭示併合理解釋“寒武紀大爆發”的真實面貌、探索眾多動物門類起源的難題仍然擺在人們面前。
在中國雲南省澂江縣發現的數以萬計的化石，是世界上絕無僅有的一處大規模遠古生物化石公園。我國科學家２０年磨一劍，通過澄江動物群化石的發現和研究，在世界上首次揭示了“寒武紀大爆發”的整體輪廓，證實幾乎所有的動物祖先都曾經站在同一起跑線上。這項成果是“對達爾文進化論的重要發展”。
由三位科學家共同完成的這項名為“澄江動物群與寒武紀大爆發”的科研項目，被評定為２００３年度國家自然科學獎一等獎，新中國成立以來也僅有２８項成果獲此殊榮。來自中國科學院、雲南大學和西北大學的陳均遠、侯先光和舒德乾日前分享了這一榮譽。
小山包下
埋藏著生命大爆發秘密
帽天山看去完全是個平淡無奇的小山包，像一頂圓帽戴在那裡。來往的行人誰也不會向這個普通的黃色土堆多看一眼。科學家們來到這裡卻很興奮。
但在漫長的沉寂之後，雲南澂江縣的這片貌不驚人的山包，如今被古生物學家視為一塊聖地，一個地球生命史上的驚人秘密逐漸被解開：在距今5.3億年前，這裡的淺海上演了一個重大無比的事件———生命經歷了一次革命性的大規模演化，絕大部分僅次於“界”以下的最大生物分類單位———“門”一級動物突然之間出現在地球上。“嘣”地一下，沉寂了40億年的地球突然間熱鬧起來。這顆藍色的星球終於有了生動的色彩。
“一瞬間”(這個過程實際上是200萬年左右，但相對於35億年的地球生物史，200萬年，就好像是一天中的l分鐘)，眾多從未在地球上露過面的動物一下子出現在海洋里，古生物學界甚至用“爆發”來形容這種突然性；它們的形態各異，從只有幾毫米的微型動物，到長達2米、長著帶柄巨眼和恐怖粗爪的大型怪物，幾乎涵蓋了所有的現有動物門類，也就是說，如今地球上所有一切天上飛的、地下跑的、海里游的動物的祖先，差不多都在那個時代出現了。包括人類在內的很多多細胞動物很可能就是從這裡起跑，開始了各自的演化歷史。
在今天昆明的附近地區，從東到西，包括馬龍、澄江、長蟲山、岷山、海口、武定2000多平方公里的廣大地域上，都分布有出露地表的寒武紀沉積頁岩。目前科學家所觸及的還主要是群山中的一隅———帽天山。
現在地球上熱鬧非凡的上千萬種生物歸納起來總共才35個門，而在澄江化石中已經發現了20多個門一級系統(還不包括一些現在已經絕滅了的門一級動物)，而且還在不斷發現新的動物門。這說明了一個關鍵性問題，在寒武紀早期，動物多樣性的基本體制就已經建立了。
５.３億年前的動物群
如何“現身”
澄江動物群是一個多門類動物化石群，它讓我們如實看到了５.３億年前動物群的真實面貌。然而，被譽為“２０世紀最驚人的發現之一”的澄江動物群是如何“現身”的？
“發現有其偶然性，但其中也蘊含著必然性，要在科學上真正取得成績就必須付出比常人更多的艱辛和更細緻的工作。澄江動物群的發現是艱苦而細緻的野外工作的結果。”澄江動物群的發現者、雲南大學教授侯先光告訴筆者。
澄江的地質古生物研究已有近百年歷史，早在１９０９年和１９１０年，法國科學家就詳細研究了此地區的地質和古生物，並出版了研究專著。新中國成立以後，國內外學者、科研教學單位更是在此開展了大量的研究工作。當然，如果有誰能夠預料到澄江動物群存在於這個區域的地層中，這個重大發現肯定不會推遲到２０世紀８０年代，也不會落到一個普通的年輕研究人員身上。
時間要退回到１９８４年的６月５日，這一天，當時在中國科學院南京地質古生物研究所工作、剛剛獲得碩士學位兩年多的侯先光離開南京，乘火車９日到達雲南，為自己的專業研究收集高肌蟲化石，然而工作進展並不理想。
７月１日，侯先光冒雨把工作重點轉移到澂江縣帽天山。這一天，他和附近大坡頭村的一位村民在雨中的工作格外辛苦，當下午３時多的時候，一塊栩栩如生的動物化石暴露在濕漉漉的岩石劈開面上，這讓侯先光的疲勞一掃而光。這塊標本長４厘米至５厘米，身體由前、後兩個背殼組成，向前擺動的腿肢對稱分布。
“這塊完整保存軟體附肢標本的突然發現，使我驚愕異常，全身血液似乎停止了流動，拿標本的雙手不由自主顫抖起來。”談到這一名為長尾納羅蟲標本的發現，侯先光現在仍然激動不已。
這一天，侯先光和那位村民一直工作到天黑才動身返回，沿著彎彎曲曲的山路，步行１小時才回到大坡頭村的住處。“我把重要的幾塊標本放在床鋪下面，激動和興奮讓疲憊的我一夜不能入眠，不時起身翻看放在床鋪下的標本。這也改變了我的研究方向。”本來去尋找高肌蟲化石的侯先光“歪打正著”，也奠定了他以後工作的目標和方向。
１９８４年７月１日，無疑在世界古生物學歷史上具有里程碑式的意義。從此，“２０世紀最驚人的發現之一”逐漸揭開了神秘的面紗。幾乎所有動物祖先
都曾站在同一起跑線上
自1859年達爾文創立生物進化論以來，人們便開始認識到發生在5.4至5.3億年前古生代之初的早寒武紀生命突然爆發的奇特現象。達爾文在《物種起源》中也承認他無法解釋寒武紀化石突然出現這一事實。
“寒武紀大爆發”難倒了無數科學家，探索生命起源仍然是擺在世界上的一個難題。現在也沒有任何一個動物門或亞門的起源得到公認性的解決，它們都在等待真實可靠的生物學信息豐富的早期化石記錄提供直接證據。澄江動物群正是人們期盼已久的、探索生命源頭奧秘的最佳科學視窗。
從小殼動物群到澄江動物群短短不到200萬年的時間，是寒武紀大爆發最關鍵的一幕，這是動物多樣性基本體制的偉大誕辰。
1909年，外國科學家在加拿大發現中寒武紀的布爾吉斯頁岩動物群，在過去近一個世紀的時間，曾讓外國科學家在地球早期生命研究領域一度獨領風騷，被認為是寒武紀大爆發最具代表性的動物化石群，布爾吉斯也由此被稱之為“古生物的天堂”。
“‘寒武紀大爆發’的理論在澄江動物群發現之前就已提出，但對‘寒武紀大爆發’所產生的動物及動物群落結構特徵所知甚微，即使著名的加拿大布爾吉斯頁岩動物群化石也比‘寒武紀大爆發’晚１０００多萬年，不能回答寒武紀初期海洋中具體有什麼生命。”三位科學家告訴記者，“澄江動物群的地質時代正處於‘寒武紀大爆發’時期，它讓我們如實看到５．３億年前動物群的真實面貌，各種各樣的動物在‘寒武紀大爆發’時期迅速起源，立即出現，現在生活在地球上的各個動物門類幾乎都已同時存在，而不是經過長時間的演化慢慢變來的。它將動物多樣性的歷史前推到寒武紀早期。”
“澄江動物群是２０世紀古生物學的偉大發現，為生物早期演化及其在寒武紀早期的‘大爆發’問題提供了新的回答。”
國家自然科學獎評審委員會高度評價這項成果：“這項研究建立了多個現已滅絕的高階生物門類，對一些現存生物門類的早期演化進行了系統研究……屬於重大原創性工作，研究成果使生物演化的突變模式得到進一步的肯定，是對達爾文進化論的重要發展，科學價值重大，在世界範圍內影響深遠。
科學家們認為，三位科學家對澄江動物群的發掘和研究，揭示了多姿多彩的寒武紀大爆發動物世界的全貌輪廓，證實了寒武紀大爆發既是現生動物門和亞門的歷史起點，又是生命複雜形態的歷史起點；挑戰了地球生命形成自下而上倒錐形進化理論的模型，為生命自上而下的爆發式形成的理論模型提供了依據。
澄江動物群的發現和研究引起國際社會的強烈關注。一位英國皇家科學院院士認為，澄江動物群“永遠是科學的大廈”；《紐約時報》則評論這是“２０世紀最驚人的發現之一”；美國《科學新聞》的評價更為形象：“在地球早期黑暗中探索生物的起源，久追不得其解而絕望的古生物學家，對這些全新的化石證據無比歡欣鼓舞。”這個項目的完成人已發表論文９０多篇，其中在國際著名雜誌《自然》和《科學》上發表論文１４篇。
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寒武紀與“寒武紀大爆發”
我國的澄江動物群化石在世界上首次揭示了“寒武紀大爆發”的全貌輪廓，從而為世界所廣泛關注。那么到底什麼是寒武紀與“寒武紀大爆發”？澄江動物群化石的首次發現者、雲南大學教授侯先光給出詳細解答。
寒武紀是地質歷史劃分中屬顯生宙古生代的第一個紀，距今約５.４億至５.１億年，寒武紀是現代生物的開始階段，是地球上現代生命開始出現、發展的時期。寒武紀對我們來說是十分遙遠而陌生的，那個時期的地球大陸特徵完全不同於今天。
寒武紀常被稱為“三葉蟲的時代”，這是因為寒武紀岩石中保存有比其他類群豐富的礦化的三葉蟲硬殼。但澄江動物群告訴我們，現在地球上生活的多種多樣的動物門類在寒武紀開始不久就幾乎同時出現。
古生物學引用“大爆發”一詞，來形容生物多樣性突然爆發式出現。澄江動物群的地質時代正處於“寒武紀大爆發”時期，它讓我們如實看到５.３億年前動物群的真實面貌，各種各樣的動物在“寒武紀大爆發”時期迅速起源，立即出現，現在生活在地球上的各個動物門類幾乎都已同時存在，而不是經過長時間的演化慢慢變來的。它將動物多樣性的歷史前推到寒武紀早期。
為什麼會在寒武紀出現如此眾多豐富的生物？科學家們提出許多假設，但目前還沒有一個清晰的、提出確鑿證據、令人信服的解釋，“寒武紀大爆發”仍然是一個沒有完全解開的謎。
寒武紀生物
“海中恐龍”奇蝦
奇蝦復原圖5.3億年前的海洋中，最兇猛的捕食者莫過於奇蝦了。
它有一對帶柄的巨眼，一對分節的用於快速捕捉獵物的巨型前肢，美麗的大尾扇和一對長長的尾叉。它雖不善於行走，但能快速游泳。25厘米直徑的巨口可掠食當時任何大型的生物，口中有環狀排列的外齒，對那些有礦化外甲保護的動物構成了重大威脅。這是一種攻擊能力很強的食肉動物，它的個體最大可達2米以上，而當時其他大多數動物平均只有幾毫米到幾厘米。
最完整的奇蝦化石出現在帽天山的頁岩中。
1992年帽天山北坡修築公路，推土機推出了一個巨大的斷面，給了奇蝦化石被發現的機會。第一塊標本在發現之初只有前附肢的末端露了出來。由於好奇心的驅使，南京地質古生物研究所的周桂琴在野外當場就修理起來。當完整的一對前附肢和頭部顯露之際，她不禁興奮得大喊起來。
第一塊奇蝦標本的現形，又引出了第三塊完整奇蝦的問世。其實，這“第三塊”奇蝦化石早在1990年就已被南古所的朱茂炎採集回來，但當初它怪異的形體讓人迷惑，因而被冷落在辦公室的托盤中將近2年。隨著標本的修復，一個完整的兇猛的獵食者形象出現在人們眼前。
奇蝦的食譜可能包括其他的食肉動物。它那么大的身體，那么大的嘴巴，還有那樣一對大的捕捉器官，可以捕食當時最大的活物，絕對不會只吃處於食物鏈最低位置的生物，因它爪太粗，抓取微小食物反而不是那么容易。
沒有人會認為，在當時的海洋中，奇蝦不是“適者”。它可以稱得上是海洋中的“巨無霸”，處在食物鏈的頂端，能夠輕而易舉地獵獲足夠的食物，卻沒有其他生物可以威脅它的生存。但是，就像在陸地上曾經占統治地位的恐龍一樣，奇蝦也早已絕滅了。究竟它是在什麼時候，因為什麼永遠從地球上消失的？這是又一個沒有解開的謎。
