近日,美國《科學(xué)》雜志子刊《科學(xué)進(jìn)展》在線報(bào)道了中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所與美國弗吉尼亞理工大學(xué)共同組成的早期生命科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在我國湖北宜昌發(fā)現(xiàn)的、保存于5.4億~5.5億年前的埃迪卡拉紀(jì)燈影組地層中的動(dòng)物足跡化石,這也是迄今為止地球上最古老的足跡化石。然而,關(guān)于這項(xiàng)發(fā)現(xiàn),還有重重謎底待解。
最早腳印到底長啥樣
石頭上的幾串?dāng)鄶嗬m(xù)續(xù)的小凹坑
在南京古生物所研究員陳哲的辦公室里,筆者看到幾片灰色的、不規(guī)則的“瓦片”。這幾塊不起眼的“瓦片”,其實(shí)是灰?guī)r,來自5.4億~5.5億年前。
其中有一塊陳哲最愛不釋手。2013年初,當(dāng)他帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)在宜昌市三斗坪霧河村一個(gè)廢棄的采石坑里,小心翼翼地從亂石堆里清理出一塊石頭時(shí),發(fā)現(xiàn)表面有幾串?dāng)鄶嗬m(xù)續(xù)的小凹坑,與其他天然裂隙似乎有所不同。
“這里的地層是埃迪卡拉紀(jì)燈影組,是國內(nèi)埃迪卡拉紀(jì)標(biāo)準(zhǔn)剖面,以前從沒有發(fā)現(xiàn)過雙側(cè)對稱且有附肢的生物化石?!标愓芨嬖V筆者。
數(shù)十年研究經(jīng)歷培養(yǎng)出的高度職業(yè)敏感告訴陳哲,眼前這塊石頭表面的小凹坑,絕不是那么普通。隨后,他們又在這里發(fā)現(xiàn)多塊相似的石頭。
回到南京,通過仔細(xì)清理和觀察,陳哲發(fā)現(xiàn)這塊石頭上的小凹坑呈雙側(cè)對稱,有著相近組成及結(jié)構(gòu),按一定的規(guī)律排列成線形,且和潛穴有兩次交叉。
“每一個(gè)小凹坑就是一只腳踩下時(shí)留下的痕跡?!标愓苷f,這些印痕應(yīng)該是一只雙側(cè)長腳的生物在行走過程中留下的,在一個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,所有參與的附肢運(yùn)動(dòng)一次,形成了一個(gè)系列,因此可以判斷這是一組腳印。
從化石上還可以看出,兩組足跡和三條潛穴相連,有過渡有穿插。這說明,該生物在爬行時(shí)軌跡較為復(fù)雜,一會(huì)兒在水底沉積物表面爬行,一會(huì)兒鉆入沉積物里打洞。
“這組腳印與寒武紀(jì)大爆發(fā)后大量出現(xiàn)的節(jié)肢動(dòng)物和環(huán)節(jié)動(dòng)物典型足跡相比,稍顯不規(guī)律,但是仍然具有極高的相似度,說明它們之間存在著演化關(guān)系的可能性非常高?!标愓芨嬖V筆者。
神秘足跡的主人是誰
可能是類似蝦或者沙蠶一樣的生物
那么,留下這串神秘足跡的主人又是誰呢?
“腳印的主人,應(yīng)該是身長約2厘米、寬1厘米,兩側(cè)對稱的且有附肢的節(jié)肢動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物,或者是它們的祖先。”陳哲說,單憑這些足跡化石,很難去判斷具體是哪一種動(dòng)物留下來的。不過,他們推測,留下這些足跡化石的,很有可能是類似蝦或者沙蠶一樣的生物。而且這個(gè)小動(dòng)物,身體已經(jīng)比較大了,達(dá)到了厘米級。它具有附肢,附肢成對出現(xiàn),大概4對或者6對以上,并且腳的末端是尖的。
為什么僅憑一串小坑,就能勾勒出腳印主人的雛形?科研人員當(dāng)然不是瞎蒙的。
“同一種生物由于不同的行為方式,可以形成不同的遺跡,同一種生物相同的行為方式,沉積物底質(zhì)不同也可以形成不同的遺跡?!标愓軐⒋舜巫阚E化石與幾乎所有已知?jiǎng)游镩T類的足跡進(jìn)行了比較,并層層篩選?!皬倪@些足跡可以看出,留下遺跡的生物可以通過附肢支撐身體,脫離沉積物表面。也就是說,這個(gè)生物爬行時(shí)肚子是離地的。所以,遺跡明顯是由兩側(cè)對稱的后生動(dòng)物(除單細(xì)胞原生動(dòng)物之外所有其他動(dòng)物的總稱)形成,而且它們具有成對的附肢?!标愓苷f。
此次發(fā)現(xiàn)有啥價(jià)值
打破埃迪卡拉紀(jì)“怪物”一統(tǒng)天下的觀點(diǎn)
過去,每當(dāng)?shù)刭|(zhì)古生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)一塊號稱“最早”的化石,其意義大多是把相關(guān)物種的年代向前推進(jìn)了若干年。那么,這次發(fā)現(xiàn)的地球最早腳印又意味著什么呢?
“地史時(shí)期曾經(jīng)被劃分為兩個(gè)階段:寒武紀(jì)以前稱為隱生宙,寒武紀(jì)迄今稱為顯生宙。因?yàn)殡[生宙生命跡象如同隱藏了一般,鮮有留下來可見的化石,而顯生宙生物豐富,有較多化石保存,其劃時(shí)代的標(biāo)志就是寒武紀(jì)生命大爆發(fā)。達(dá)爾文撰寫《進(jìn)化論》的時(shí)候,對寒武紀(jì)之前的地層中為什么沒有找到化石深感困惑?!标愓芙忉屨f。
后來,隨著埃迪卡拉紀(jì)生物群化石在全球各處的發(fā)現(xiàn),科學(xué)界逐漸承認(rèn),在寒武紀(jì)生命大爆發(fā)前夕,距今5.8億年前至5.4億年前,地球上曾經(jīng)生活著埃迪卡拉紀(jì)生物群,并且一度統(tǒng)治地球。
但是,埃迪卡拉紀(jì)生物群化石卻有著一個(gè)讓人匪夷所思的現(xiàn)象:這群生物長相怪異,大多呈扁平狀,有的像個(gè)管子,有的像個(gè)肉餅,總之不像是現(xiàn)今生物的祖先。因此,許多科學(xué)家認(rèn)為,埃迪卡拉紀(jì)生物群是地球生命演化史上一些走進(jìn)死胡同的“實(shí)驗(yàn)品”。
埃迪卡拉紀(jì)(6.3億~5.4億年前)真的是被“怪物”一統(tǒng)天下嗎?這成為古生物學(xué)界的一個(gè)謎。
而陳哲團(tuán)隊(duì)在宜昌市三斗坪霧河村的一系列發(fā)現(xiàn),似乎讓這個(gè)謎團(tuán)撥云見日了。
2011年,陳哲團(tuán)隊(duì)在三斗坪霧河村發(fā)現(xiàn)了第一塊典型的埃迪卡拉紀(jì)生物化石,并陸續(xù)發(fā)掘出400多塊典型的埃迪卡拉紀(jì)生物群化石,10多個(gè)類別,填補(bǔ)了埃迪卡拉紀(jì)化石拼圖的中國空白。
此次發(fā)現(xiàn),又讓我們知道:在埃迪卡拉紀(jì)晚期,地球上有一種動(dòng)物長出了附肢,這意味著它們可以四處活動(dòng),建造家園,爭斗捕食,繁殖交配,并可以推斷出,它們與現(xiàn)生和地質(zhì)歷史時(shí)期最為豐富多樣的動(dòng)物門類——具有附肢(疣足)的兩側(cè)對稱動(dòng)物高度相似,如節(jié)肢動(dòng)物和環(huán)節(jié)動(dòng)物。
更重要的是,陳哲團(tuán)隊(duì)的成果將寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的序幕再次向前推進(jìn)。雖然還無法確認(rèn),這串腳印是哪一種動(dòng)物留下的,但是對地球來說,動(dòng)物附肢的出現(xiàn)是一個(gè)非常重要的事件,因?yàn)樗鼈兛梢杂脕頂噭?dòng)沉積,改造地貌,對當(dāng)時(shí)的地球化學(xué)循環(huán)和海洋環(huán)境產(chǎn)生重大影響。