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探秘埃迪卡拉纪化石

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我是无情的正文分割线

01

发现历史

如果你是一个地质学爱好者或者对生命进化史好奇,你应该关注这样一段地球生命发展历史-埃迪卡拉纪。

埃迪卡拉纪曾被一些人称为震旦纪。震旦纪的名称来源于中国,“震旦”是中国的古称。埃迪卡拉纪,即6.3亿年前到5.42亿年前之间的前寒武纪阶段。也就是寒武纪生命大爆发的前夜!

“埃迪卡拉生物群”这个名字的由来,是因发现于南澳大利亚的埃迪卡拉山而得名。1946年,一位澳洲地质学家在古代的沙岩板中留意到一处特别的地方,因为曾在这里发现显生宙以前的化石。研究这些化石的地质、生物、地球化学的科学家认为这是珊瑚、水母和蠕虫的先驱。同时在这以后是的几十年里,南澳大利亚地区近海域和附近地壳岩石中还找到很多的隐生宙化石,其他各大洲也找到一些。我们把这些化石都叫作埃迪卡拉动物化石。一开始,人们认为埃迪卡拉动物是寒武纪的动物,但经过仔细的观察和实验检测,他们发现埃迪卡拉生物群比寒武纪还久远,应属于埃迪卡拉纪(前寒武纪末期)。

02

典型地区的化石特征

6亿3千万年前,覆盖地球表面的冰雪开始消融。活跃的火山活动补充了大气层中的温室气体,二氧化碳含量达到史无前例的13%。温暖的气候,充足的光照,加上取之不尽的二氧化碳,海洋中的藻类植物达到空前的繁荣。作为最重要的生产者,勤勤恳恳地把无机碳纳入生物圈,成为各种生命的物质和能量源泉。

那么遗失的埃迪卡拉纪史前遗迹,我们真的可以得到破解密码么?我们能否从地球的深处探寻到埃迪卡拉动物群繁衍生长到灭绝的蛛丝马迹呢?下面就让我们去找找那些已经出土的记载生命的化石吧。分别是蓝田生物群,瓮安生物群,埃迪卡拉生物群,高家山生物群。


埃迪卡拉代表生物群

2.1

蓝田生物群

2011年,在位于安徽皖南蓝田地区发现了迄今为止,最早的宏体生物群,里面有宏体藻类,还有疑似腔肠动物(可见触手与消化道)。蓝田生物群时代差不多6亿年,和瓮安生物群差不多一个时代,但是瓮安的化石主要以疑似动物胚胎为主(也可能是藻类)。那么什么是宏体生物呢?就是肉眼可见的生物,要是专业点就是大型的多细胞真核生物,在此之前公认最早的宏体生物群是埃迪卡拉生物群(其中的阿瓦隆生物群5.79亿年,一直被认为是最早的。)

在饼状气囊一样的埃迪卡拉动物之间,还有另一些多细胞动物在活动。光看外表,它们似乎也没有什么不同,一样是软绵绵肉嘟嘟的一团。身体构造像一个细小的圆筒,筒壁是一层胶质,内外两侧各有一层细胞。筒底固着在海底,筒顶有唯一的开口,开口周围有一些柔软的触须,随着水流漂摆不定。

当有小动物碰到触须时,这个小圆筒会做一些简单的捕食动作:触须上的一些细胞被触发,弹射出锋利的丝箭,刺入被害者体内,毒液跟着流入,在瞬间杀死猎物。然后,触须们开始有条不紊地收缩,把猎物拖入开口。最后,圆筒内壁的细胞开始分泌消化液,消融猎物的身体,吸收营养,分享给所有的细胞。


现代水螅

但这些看似简单的动物,却是演化史上的一个突破:它们拥有最初级的神经和肌肉系统,可以对外界刺激作出反应动作。它们的消化系统虽然原始到只有一个进食和排便共用的开口,但却史无前例地实现了细胞外消化。分解和吸收猎物不再是每个细胞单打独斗,而是在消化腔里由专门的细胞合力完成。于是,那些海绵和大饼们对付不了的,个体较大,有外壳保护的浮游动物,成为了新生的刺胞动物的猎物。(这对于现在动物的演化或许有推波助澜的作用)


刺细胞

僧帽水母



埃迪卡拉莫僧水母化石

(该种化石极其罕见)


安徽皖南蓝田发现的6亿年前的各种藻类化石


安徽皖南蓝田生物群疑似动物


蓝田生物群复原想象图

2.2

瓮安生物群

瓮安生物群最早在70年代由中国的地质学科学家们发现于贵州瓮安县的翁福磷矿和开阳磷矿中(可惜后来因为没注意保护,因继续开采矿场导致部分化石受损严重),该名称由袁训来等人于1993年提出,科学家们在这一磷矿地层中发现了很多的微体化石类型,于是科学家们将这一磷酸盐化微体化石组合命名为瓮安生物群。瓮安生物群被称为迄今最古老的后生动物化石群,在这里发现了最古老的海绵动物和疑似后生动物胚胎的化石。


瓮安的动物胚胎化石


瓮安多细胞藻类化石

这些化石的出现,就像一个预警的信号,将动物的出现提前了数千万年,而且对研究生命的逐步演化起到了很好的衔接作用。陈均远(2004)在《动物世界的黎明》中这样评价这次生物大辐射:瓮安大辐射导致了生物多样性的诞生,迎来了动物世界黎明的曙光。瓮安生物群的出现,终于为莫名其妙出现的“寒武纪大爆发”找到了源头。

随着研究的进一步进行,瓮安生物群的研究成果引起了全世界科学家的关注。1998年,通过对瓮安地区磷块岩的研究,陈均远发表了关于地球上最原始的海绵动物化石的记录;肖书海报道了最早的磷酸盐化动物胚胎化石。虽然这些研究成果最初引起了巨大的争议,但是它们逐步被接受,被认为是代表了地球上已知的最可靠的动物化石记录。


三峡地区陡山沱组的动物胚胎化石

2.3

埃迪卡拉生物群


埃迪卡拉生物群

从寒武纪开始,无数高等的有机生物在寒武纪仿佛凭空一跃而出,它们有脚有眼,甲壳螯钳,全副武装,张牙舞爪。那么,在寒武纪的前夜,究竟发生了什么?

埃迪卡拉动物和今天的大多数动物无论在形态还是内部构造上都截然不同,埃迪卡拉动物既没头、尾、四肢,又没嘴巴和消化器官,因此它们大概只能从水中摄取养份。大多的埃迪卡拉动物固着在海底,和植物十分相近,其他的则平躺在浅海处,等待营养顺水流而送上门来。埃迪卡拉动物化石出土越多,反而越没有规律。有一些化石比较像后来动物的先驱。但是却无法得到更新的定论和统一的结果,那么埃迪卡拉动物群到底是什么样的呢?

在中国之外,我们发现了埃迪卡拉生物化石,发现了首次在中国以外的西伯利亚地带埃迪卡拉岩尤多玛群中出现高家尼亚化石。在这两个地区中,高家崖具有埃迪卡拉系下、上地层的特征,并先于克卢迪那等骨骼化石的出现,对埃迪卡拉系的划分和对比具有重要意义。这个化石不确定的长度,没有明显的生长模式和自偏好行为,表明了它的化石来源,但不一定意味着它的生产者的后生动物的亲和力。包括茎群社会性变形虫和单细胞原生生物在内的一些生物可能是元古代微量化石的产生者。


西伯利亚埃迪卡拉化石群

在现代人看来,埃迪卡拉纪是一个疑云重重的时代,很多生物完全不为人所知(目前已出土的化石研究也很局限)。科学家们很难从埃迪卡拉纪的生物化石中,判断一个长达两米的庞然大物是什么东西,里面藏着的生物有代谢、有生命,因为它们没有任何运动器官,没有任何组织结构,无法找寻到他们本体和现在地球上已存在的任何动物找到“亲缘”关系,和植物也完全不同。还有很多生物,它们没有一个和之后时期的动物或植物有任何相像之处。这些“怪胎”一样的生物到底是什么?它们究竟是动物,还是植物,或者两者都不是?


奇怪的埃迪卡拉纪动物群化石


埃迪卡拉纪的斯普利格蠕虫化石


狄更逊水母


加尼亚虫


埃迪卡拉纪海洋生物群复原假想图

2.4

高家山生物群

高家山生物群位于陕西宁强,生物们生存的年代从5.65-5.43亿年,这已经是埃迪卡拉纪末期了。这里的动物最大的特点是出现了类似于蠕虫的动物和骨骼化带壳的化石类型。生物的骨骼化生物演化史上一次最为重要的事件,我们如今见到的贝壳等,可以称为外骨骼动物,而我们人类等哺乳动物则是内骨骼动物,骨骼的出现,让生物体有了支撑,也让生物的运动能力得到了突飞猛进的发展,这将主导往后生物进化的历程。


高家山组(a、b)及同时代化石,注意a、b是外骨骼

03

埃迪卡拉纪生命大爆发的原因

寒武纪大爆发的史料和证据具有不确定性,也曾让达尔文非常困惑,在《物种起源》中写道:“这件事情到现在为止都还没办法解释。所以,或许有些人刚好就可以用这个案例,来驳斥我提出的演化观点”。如今达尔文已经去世近百年阴,寒武纪大爆发依旧是地地质科学界和生物科学界的一大悬案,我们需要更多的考古证据出土,这样或许能窥见历史的沿革,找寻生命的起点和变化,进而去发现物种大爆发的真正原因。


寒武纪的大爆发时期出现的奇怪动物:怪诞虫(左)、

欧巴石海蝎(中上)、奇虾(右)以及后斯普里格虫(中下)

针对寒武纪大爆发,学术界曾经提出过几种假设:地球在寒武纪之后,才出现足以保存化石的稳定岩层,而前寒武纪的沉积物因为持续的地热和强大的压力从而没有外在条件去形成化石。动物到寒武纪具有坚硬的外壳和躯体。从而可以形成化石。同时在当时的地球大气中,累积足够的氧气量,足以使大量动物短时间氧化,形成的臭氧层隔离紫外光。部分物种优先演化,之后通过捕食竞争等生物链结构去影响并且促进其他物种的进化和发展。大爆发只是个假象,寒武纪初期生物的多样性产生只是类似族群生长曲线,S形曲线中的快速上升段。

04

埃迪卡拉生物灭绝的原因

近年来研究认为,寒武纪大爆发跟埃迪卡拉纪末期灭绝事件有关,此问题结果被认同的呼声很高,科学家认为:该次灭绝事件结束了隐生宙,为多细胞生命在显生宙的发展铺平了道路。传统地球地质科学研究认为在埃迪卡拉纪末期存在一次物种灭绝的事件,但是具体导致灭绝的原因,目前尚不清楚,埃迪卡拉标志性的软躯体生物群(较多单细胞生物)消失,取而代之的是寒武纪大爆发的小壳生物群。这次灭绝在地球化学上的表现是一次碳同位素在全球范围内的负漂(BACE事件)。但是这次埃迪卡拉纪的生物群消失到底是物种灭绝还是新物种爆发的过渡呢?从目前的化石信息得到的过程来看,此间说法并未得到统一。

我国南京古生物研究所的研究员朱茂炎教授也认为,埃迪卡拉生物群可能是一次失败的生命进化尝试。在生命起源的初期,地球上的生命现象有各种不同的分支,类似于像树状发展,它们尝试着不同方式走一条生命进化的道路,但是由于地球偶然性的变化,毁灭性事件的发生,让在这些道路上行进的生命很有可能就此灭绝;而另外一些不起眼,演化速度慢的生物反而可能错过了这些毁灭过程,生存了下来,如果此时地球生命到了一个不可逆转的进程,它们就逐渐演化成了今天的生命。

作者:王红

美编:刘俞伶


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