▲「清江生物群」復原圖
「清江生物群」為西北大學地質學系早期生命與環境研究團隊張興亮、傅東靜等科研人員在湖北長陽地區發現並命名的一個距今5.18億年的布爾吉斯頁岩型特異埋藏軟軀體化石寶庫。該成果2019年3月在《科學》雜誌發表，被學界認為是進化古生物學具有劃時代意義的里程碑事件。該生物群具有相對生物多樣性最大、新屬種比例最高、軟軀體生物類群最多、化石保真度最好的特質，後續研究將有望填補人類對於寒武紀大爆發的認知空白並解決動物門類起源演化等一系列科學問題。這是由中科院院士舒德干領銜的研究團隊自1996年以來在《科學》《自然》上發表的第14篇研究論文。
4月7日，中國古生物學會在南京發布2019年度中國古生物學十大進展，西北大學早期生命與環境研究團隊科研成果「華南早寒武世布爾吉斯頁岩型化石庫——清江生物群」入選，並在十大進展中排名首位。
《科學》雜誌在給媒體的簡介中說：「揭示寒武紀之秘的新寶藏出土了。」
英國《自然》雜誌在報導中稱：「清江生物群打開了觀察壯觀寒武紀的又一個窗口，各種新的生物類群前所未見。」
「清江生物群是令人震驚的科學發現!」瑞士洛桑大學古生物學家艾莉森·戴利在《科學》同期刊發的評論文章中說。
這個引發國際科學界不吝讚美之辭評價的
突破性發現，
到底打開了怎樣的「新寶藏」？
和科技君一起去看看。
「清江生物群」為頂級「化石寶庫」
「清江生物群的特色和優勢，體現在新屬種比例最高、後生動物相對多樣性最大、軟軀體生物類群最多、化石形態保真度最優、原生有機質的埋藏保存最好等五個方面，具有難以估量的研究潛力。」傅東靜介紹。
原來，寒武紀大爆發與生命起源、智能起源等共同被列為「六大自然科學難題」。而要破解寒武紀大爆發的奧秘，除了基於理論的科學猜想，更需要發現恰當的科學觀察窗口——化石庫，以找到可靠的化石實證。
對古生物學者而言，最完美的、可解密寒武紀大爆發與動物門類起源的研究對象，莫過於布爾吉斯頁岩型化石庫。相較於常見的類似保存著脊椎動物骨骼的硬體化石庫，布爾吉斯頁岩型化石庫不僅可以保存動物骨骼以外的組織、器官等軟體形態，更可以保存諸如水母、海葵等軟軀體生物。該類型的化石庫能夠最大程度地還原寒武紀生物群原本的、完整的組合面貌，為探尋寒武紀大爆發的演化模式和強度以及構建動物生命樹的基本結構提供絕佳的化石記錄。
百餘年來，此類化石庫在全球各地已發現50餘個，但按照化石保存質量的優劣及化石物種多樣性的高低等標準來看，僅有加拿大布爾吉斯頁岩生物群（此處生物群可等同理解為化石庫）和1984年發現於我國雲南省的澄江生物群成為了「理想的頂級研究目的地」。雲南澄江生物群發現35年來，已在數十萬件化石標本中發現了超過280個物種，研究成果28次登上Nature/Science/PNAS三大科學期刊，成為我國唯一化石地世界自然遺產。
此次發現的清江生物群，在4351件化石標本中，已分類鑑定出109個屬，其中53%為此前從未有過記錄的全新屬種。生物統計學「稀疏度曲線」分析顯示，清江生物群的物種多樣性將有望超過包含布爾吉斯和澄江在內的全球已知所有寒武紀軟軀體化石庫。
顯然，位於中國宜昌的清江生物群，在《科學》刊發文章的這一天，就向全球昭示，這裡將成為開展寒武紀生命大爆發研究最理想的頂級「化石寶庫」。
清江生物群發現諸多全新物種
如今地球上的動物界共有38個門，在寒武紀生命大爆發時期的化石中，已發現20個現生的動物門類和6個已滅絕的動物門類，但仍有18個現生動物門類尚未在寒武紀找到化石代表。在過去的35年間，古生物學家曾在澄江生物群的研究中找到了許多動物門類的最早化石記錄。
清江生物群距離澄江生物群化石產地1050公里，張興亮介紹，「生物地層學研究顯示，清江生物群和澄江生物群是同時代的、位於不同古地理位置的生物群。二者都距今約5.18億年，處在寒武紀生命大爆發時期動物門類爆髮式出現的極盛時期。兩者的科學研究價值具有很強的互補性。與澄江生物群相比，清江生物群生活於遠離海岸的較深水環境，代表了不同生態環境下的全新生物群落，這一點從其超過半數以上的新屬種可以證實。因此，清江生物群後續的大規模發掘，將為發現和探索新的軀體構型和新的動物門類提供第一手材料。」
在新的化石產地，除了能夠找到更多新的動物門類，不斷豐富物種多樣性外，全新的生物組合面貌的揭示，尤其是具有創新身體結構的重要生物類群的發現，將為研究早期生命演化的關鍵環節和過程提供新的證據。
「我們一直都是沿著達爾文的核心思想往前走。」中科院院士舒德干表示，他領軍的西北大學地質學系早期生命與環境創新研究團隊在達爾文提出的地球生命呈「樹形演化」猜想基礎上，通過數十年的研究與實證，勾勒出了寒武紀生命大爆發時基礎動物、原口動物、後口動物三大枝系演化「大樹」的基本輪廓，進而在全球首次構建了完整的早期動物譜系樹框架圖。
「通過我們已開展的研究發現，清江生物群中雙胚層輻射對稱的動物占主導，刺胞動物身體構型分異度高，蛻皮動物類群中極其罕見的動吻動物繁盛。此外，我們還發現了許多形態奇異的嶄新物種。隨著研究的展開，清江生物群將為『早期動物譜系樹』到底在哪裡分叉，在哪裡開枝散葉，找到更多生物進化的直接證據。」傅東靜說。
清江生物群標本何以「高保真」？
不僅在古生物學研究領域具有突出的價值，清江生物群的發現，對於進化生物學、系統發生學以及埋藏學、地球化學等交叉學科前沿研究方向，也具有非常特殊的價值。
動物的系統發育、營養動力以及關鍵進化特徵的出現等問題研究，依賴於發現更多的軟體結構和更優質的形態保存，如內臟、鰓條、脊索、神經組織、心血管系統等等，然而眾所周知，這些都屬於埋藏上高度不穩定的組織器官。到底是怎樣特殊的埋藏機制，才使得布爾吉斯頁岩型化石庫能夠保存軟體結構？這一疑問至今在學術界爭論不休。那麼，為何這裡會有這樣的奇蹟，能夠完成保存動物的內部結構，從表皮到內臟甚至是神經呢？傅東靜表示，這正是未來研究的一個重要內容。
目前全球兩個保真度最高的布爾吉斯頁岩型化石庫——布爾吉斯和澄江，在埋藏之後分別經歷了高溫變質、風化作用等嚴重的地質改造，其樣本已無法用於深入開展埋藏學研究。而在清江生物群發現的軟軀體化石，奇蹟般地以原生碳質薄膜形式保存了原始的有機質，毫無疑問，這裡將為開展埋藏學和地球化學研究，進而開展深入的古環境研究提供理想素材。困擾學術界多年的動物軟體結構特殊埋藏機制問題，或將在清江化石庫得到破解。
「化石寶庫」發現為偶然中的必然
談及這個擁有無限可能「化石寶庫」的發現，「應該說是偶然中的必然吧！」傅東靜說。2007年暑假，湖北的天氣異常炎熱。25歲的博士新生傅東靜跟隨著張興亮教授帶領的野外踏勘隊在宜昌長陽地區考察。「當時的目標層位是石牌生物群，它比澄江生物群的出現時間稍晚，年齡更輕。」
「我們每天背著乾糧和地質錘在完全沒有路的山裡兜兜轉轉20多里，連續找了十幾天，除了一些殼體化石和海綿之外，並沒有什麼大的收穫。那天已近傍晚，準備收工，我們沿著河邊走，張興亮老師低頭一看，說『這石頭多好啊，敲一敲再回吧！』大家像往常一樣，取出地質錘叮叮哐哐地敲。很快，張興亮老師就找到了拇指長的半隻蟲化石——林喬利蟲。」林喬利蟲是布爾吉斯頁岩化石庫很有代表性的一種「蝦」狀節肢動物。緊接著，同學們還在這個位置找到了納羅蟲。而在1984年侯先光教授發現澄江生物群的時候，第一個發現的化石也正是納羅蟲。
即便是找到了林喬利蟲和納羅蟲，團隊在華南華北還是有很多有潛力的化石產地需要去研究。「最開始我們還是全年巡迴踏勘的，每年大約去清江兩三次，都是等老鄉告訴我們水位下去、河床漏出來的時候，我們就趕緊去，下雪也不例外。直到2014年才逐步確認了這個化石庫的巨大潛力，研究重心徹底轉移過來。」
不亞於在一大片麥田裡找甲蟲，張興亮、傅東靜和團隊里一屆又一屆的碩博士生用十二年的時間在5億年前的「大海」里，找出了20000多隻「蟲子」。
「工人用撬槓撬出來1立方米大小的石頭，我們就用地質錘順著頁岩的層面劈，一邊劈一邊看，找到蟲子就整理、編號、打包，背出山、帶回實驗室。然後把每一塊清理、討論、鑑定、分類、記錄。」看著眼前瘦小纖弱的傅東靜，很難讓人聯想到她坐在雪地上劈石頭、啃干餅的場景。
「三幕式寒武紀大爆發假說」和更多的奧秘
近年來，西北大學早期生命與環境創新研究團隊在中國科學院院士舒德乾的帶領下，對澄江生物群及寒武紀大爆發進行了長期探索，取得了系統的創新成果。
團隊在達爾文提出的地球生命呈「樹形演化」猜想基礎上，通過數十年的研究與實證，提出了「三幕式寒武紀大爆發假說」，勾勒出了寒武紀生命大爆發分三階段依次創生了基礎動物、原口動物、後口動物三大枝系的「動物大樹」的基本輪廓，進而首次構建了完整的早期動物譜系樹框架圖。
「隨著日後研究工作的展開和深入，清江生物群將為『早期動物譜系樹』到底在哪裡分叉，在哪裡開枝散葉，找到更多生物進化的直接證據。」舒德干院士說。
清江生物群距離澄江生物群化石產地1050公里。「生物地層學研究顯示，清江生物群和澄江生物群是同時代的、位於不同古地理位置的生物群。二者都距今約5.18億年，處在寒武紀生命大爆發時期動物門類爆髮式出現的鼎盛時期。兩者的科學研究價值具有很強的互補性。」論文通訊作者張興亮教授說。
與澄江生物群相比，清江生物群生活於遠離海岸的較深水環境，代表了不同生態環境下的全新生物群落。「這一點從其超過半數以上的新屬種可以證實。因此，清江生物群後續的大規模發掘，將為發現和探索新的軀體構型和新的動物門類提供第一手材料。」張興亮說。
更令中國科學家感到「幸運」的是：目前全球兩個保真度最高的布爾吉斯頁岩型化石庫——布爾吉斯和澄江，在埋藏之後分別經歷了高溫變質、風化作用等嚴重的地質改造，其樣本已無法用於深入開展埋藏學研究。而在清江生物群發現的軟軀體化石，奇蹟般地以原生碳質薄膜形式保存了原始的有機質。
因此，不僅在古生物學研究領域，清江生物群的發現，對於進化生物學、系統發生學以及埋藏學、古生態學、地球化學等交叉學科前沿研究方向，也具有非常特殊的價值。
「清江生物群將為開展埋藏學和地球化學研究，進而開展深入的古環境研究提供理想素材。困擾學術界多年的動物軟體結構特殊埋藏機制問題，或將在清江生物群得到破解。」張興亮說。
可以期待，
隨著交叉學科研究的推進，
中國的清江生物群會帶給我們更多：
生髮更多的問題，
破解更多的奧秘……
來源：人民網、新華社、西北大學、西安日報