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我们给达尔文出了难题  

2006-11-20 16:56:00|  分类: 创新中国 |  标签: |举报 |字号 订阅

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我们给达尔文出了难题
我们给达尔文出了难题 - 新知周刊 - 《新京报·新知周刊》
www.thebeijingnews.com · 2006-11-20 9:59:50 · 来源: 新京报
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上世纪80年代,中国科学家发现澄江、瓮安生物群化石,轰动国际古生物界

  1859年,达尔文的《物种起源》发表后,就不断受到学者的质疑和神学家的猛烈攻击。其中最令达尔文及追随者头疼的是:在地球上没有发现任何寒武纪之前的生物化石,但到寒武纪却突然出现了三叶虫等复杂生命。这里没有生物的演化过程。神学家据此宣传上帝在寒武纪创造了生命。达尔文猜想:寒武纪以前的生物化石不是没有,而是还没有被发现。

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寒武纪(约5亿年以前)早期水下生物景观图。这个时期,以三叶虫为代表的复杂生命突然大规模出现,被称为“寒武纪大爆发。”

  澄江生物群 生物史上又一次霹雳

  “年长”46亿年的地球,最初是没有生命的。最早的单细胞生物出现在距今35亿年前的海洋中,这种状况持续了近30亿年的时间。突然,在距今5.4亿年前的寒武纪的岩层中,出现了大量、多样的多细胞动物化石。

  “当时,寒武纪的化石发现表明在5.3亿年前的地球上,发生了一次大规模的演化事件。”在中国科学院南京地质古生物研究所陈均远看来,寒武纪大爆发被认为是生物演化史上的大霹雳。

  达尔文明确提出物种进化由简单到复杂。在达尔文那个时代,寒武纪是拥有化石记录的最古老地层。为什么以三叶虫为代表的复杂生命突然在寒武纪出现,而寒武纪之前并没有如达尔文所预测的从简单到复杂的生命演化过程。这个疑惑一直困扰着达尔文及其追随者。

  一直坚信达尔文进化论的陈均远从未曾想到,自己与同事的关于“澄江生物群”的发现,会令达尔文的进化论陷入更加难以解释的处境。在神创论者的眼中,澄江动物群为神创论提供了有力的证据。

  20世纪80年代中期,在云南澄江等地5亿3000万年前的地层中发现了大量保存软体组织的化石,称之为澄江生物群。在小个体生物占据多数的古老海洋中,奇虾已是庞然大物,是澄江生物群中最凶残、最具攻击性的捕食者。云南虫和海口虫都是无脊椎动物向脊椎动物进化的过渡类型,动物世界的黎明正在澄江生物群中呈现。

  另外,由于澄江生物群化石年代比此前所记录的“寒武纪大爆发”的时间还要早1000多万年,由此便将包括脊椎动物在内的几乎所有现代动物门一级化石记录往前推到寒武纪早期。

  仍未解答进化论之惑

  澄江生物群的发现,令中国科学家在国际上赢得了不少声誉。1995年12月,美国《时代》周刊对于澄江生物群的大发现,专门发表了题为“演化大霹雳”的封面文章。

  “澄江生物群的发现让我们看到远比以往记录更多的生物门类,但是这一发现对于解释达尔文的进化论却并未产生有力的说服理由。”陈均远解释,当初澄江生物群的发现并没有回答困惑达尔文的问题,相反,包括脊椎动物在内的现生动物各个重要类群在寒武纪早期的突然出现,是生命演化中的又一霹雳。

  “我一直相信达尔文的进化论。”1987年以后,中国科学院南京地质古生物研究所的陈均远研究员领导的研究小组一直在追踪“澄江生物群”,但他依然相信,所谓的生命大爆发,总有个“前奏”,“历史过程中,总有一些神秘是无法解释的,”尽管自己在做着貌似指证达尔文进化论有错误的科研工作,但陈均远却相信,地球上往昔的生命信息稀微且沉默,总有一天,寒武纪大爆发会揭开其神秘的面纱。

  贵州瓮安 发现最古老动物化石群

  找到“寒武纪大爆发”的真正源头,为达尔文进化论找到支撑点的发现,又一次与中国科学家相遇了。

  在距离云南不远的贵州,中国科学家又寻找到了更为稀微沉默的生命信号,那便是瓮安县的化石。研究指出,澄江生物大爆发之前已经有了生命从简单到复杂的过程。由此,困扰达尔文进化论的关节点,找到了化石依据。

  1997年9月,陈均远与台湾“清华大学”细胞生物学家李家维教授,开始了寻找沉默生命信号之旅。这是陈均远第一次来到瓮安。他们从厚度不到2米的含磷地层中按等距采了十几块重约十多斤的岩石标本带回南京,研究发现,在5.8亿年前的地层中保存了远古动物的卵、胚胎、幼虫和成体动物化石。他们将这个位于中国贵州省瓮安县境内的5.8亿年前的动物化石群称之为“瓮安动物化石群”。

  1998年2月5日,陈均远和李家维在《科学》杂志上宣布:最古老的动物化石群在中国贵州瓮安被发现。

  寻找沉默的生命信号

  沉默的生命信号继续激发着陈均远等人的研究兴趣。

  1998年之后,陈均远等对瓮安动物化石群开展了一系列采集,关于寒武纪大爆发的神秘,正在一点点地被陈均远等人“揭开”。

  他们发现了包括腔肠动物成体化石和胚胎化石,以及可能的两侧动物胚胎化石。

  两侧对称动物起源和早期演化是生命历史迈向复杂生态系统、复杂体构和复杂行为的一个关键性事件。背腹的分化是两侧对称动物最早期演化阶段的主要特征。

  近6年的研究实验后,陈均远等人终于在5万多个化石中发现了10块保存精致的两侧对称动物化石,并命名其为“小春虫”。

  小春虫复杂的身体构造同时也说明两侧对称动物发育阶段的基因工具包以及模式形成机制早在寒武纪之前4000万年已经形成。

  同步辐射印证达尔文“猜想”瓮安动物化石的发现与研究不仅将多细胞动物多样性辐射演化从寒武纪向前推了4000多万年,同时还揭示了“寒武纪大爆发”这一理论概念具有片面性。然而,陈均远等研究人员仍未止步于现有的发现中。

  2005年,陈均远指出地球动物多样性的崛起由四次先后连续发生的辐射事件所组成,即瓮安大辐射、依迪克拉大辐射、梅树村大辐射和帽天山大辐射,并将这一由多次连续发生的辐射演化所组成的过程称之为点断辐射演化,它与以后5亿多年以点断平衡为主要特征的演化过程不同。其中,瓮安动物化石群是瓮安大辐射最重要的化石代表,是目前所发现的最古老的动物化石群。

  进而,在以中科院高能物理所冼鼎昌院士为首的同步辐射专家也为瓮安动物化石群注入了现代科技力量。冼鼎昌和陈均远组成的研究小组成功地在所预测CD卵裂球与极叶之间发现了颈状构造,为极叶身份的确认提供了新的重要证据。2006年6月16日,《科学》杂志发表了陈均远研究小组关于《中国西南部前寒武纪磷酸盐岩化具极叶胚胎化石》的研究成果。

  通过同步辐射对瓮安动物化石群的动物胚胎进行“勘探”所成的三维成像中,研究人员发现在真螺旋卵裂胚胎中有一类具有极叶。极叶胚胎的发现证明了两侧对称动物的存在和两个螺旋卵裂次超级群类的分化已经开始。

  “这一新发现不仅为前寒武纪两侧对称动物演化史提供了新的可靠证据,同时暗示了两侧对称动物已经进一步分化为辐射和螺旋卵裂两大类群,现代动物的发育方式在寒武纪之前就已经出现了,”陈均远表示,目前他们的研究团队依然在运用现代科技手段,期望能解读出更多的生命信息。

  采写:本报记者李健亚

  ■人物访谈

瓮安研究成果终获证实

  ●中国科学院南京地质古生物研究所研究员陈均远

  新京报:你曾提到过由于澄江生物群的发现及研究,你1997年在美国访问期间,受到了神创论者的欢迎。那在你及同事发现瓮安动物化石群后,国外又是怎样的反响?

  陈均远:澄江生物群的发现很重要,对“寒武纪大爆发”的生命是一次更为丰富的补充,填补了很多空白。但是不免也使得我们对达尔文的解释更为复杂。在另一层面,我们面临着要去发现比寒武纪更为古老地层化石的使命,前寒武纪有动物吗?这是困扰许多古生物学家共同的一个话题。

  新京报:引发这些疑问的原因是什么?

  陈均远:大家的疑问还是因为前寒武纪的生命,其细胞如此小能否保存下来这一焦点上。在许多人的观念中,复杂生命在前寒武纪时期是不可能出现,即便出现也不大可能保存为化石,因为这些早期动物太脆弱了。

  新京报:这种局面是在哪一阶段的研究后有了改观?

  陈均远:台湾的李家维指出化石保存的一个条件,就是需要80度的高温。海水下面的温度是有可能实现的。

  那么,距今5.8亿年前瓮安动物化石群发现之地是否为海洋,是否有热泉。顺着这一思路,我们去考察了。很幸运的是确实发现了热泉。这也意味着,瓮安动物化石群能够经历亿万年的沧桑,保存至今。

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