生命從哪里來？是如何演化的？要到哪里去？這些是自然界留給古生物學家的“靈魂拷問”。
5.4億年前，“寒武紀大爆發(fā)”到來，復雜多樣的生命在地球上“突然”出現(xiàn)，成為里程碑式的重大生命演化事件。從達爾文開始，生命如何“突然”發(fā)生，一直是困擾科學界的重大科學謎題，也成為一代代古生物學家執(zhí)著破解的難題。
11月5日，《自然》報道了中科院南京地質古生物研究所研究員朱茂炎研究團隊發(fā)現(xiàn)的一種5億多年前長相奇特的化石——“章氏麒麟蝦”(以下簡稱麒麟蝦)。它被認為是科學界期盼已久的、可以揭示節(jié)肢動物起源之謎的過渡型物種，麒麟蝦的發(fā)現(xiàn)填補了節(jié)肢動物起源過程中關鍵的缺失環(huán)節(jié)，給生物進化論增添了一個強有力的化石證據(jù)。
達爾文的困惑
1859年，達爾文在《物種起源》里特別提到，動物界以三葉蟲為代表的復雜類群在最古老含化石的巖石中“突然”出現(xiàn)，而復雜動物在寒武紀“突然”出現(xiàn)是對進化論的巨大挑戰(zhàn)。
1984年，中科院南京地質古生物研究所(以下簡稱南京古生物所)的科學家在云南澄江縣帽天山發(fā)現(xiàn)了寒武紀早期澄江動物群，更加凸顯了“寒武紀大爆發(fā)”的突發(fā)性，也使“達爾文的困惑”變得更加“迷惑”。1999年，南京古生物所在帽天山建立了澄江古生物研究站，致力追尋生命的起源和演化，解釋“達爾文的困惑”。
論文通訊作者之一、南京古生物所研究員趙方臣是澄江古生物研究站站長，他告訴《中國科學報》，澄江動物群是一個舉世罕見的化石庫，澄江動物群中化石豐富且保存精美，生動再現(xiàn)了5.2億年前海洋生物的真實面貌?！俺谓瓌游锶褐校^大多數(shù)現(xiàn)生動物門類的演化歷史可追溯到寒武紀，為揭示生物‘寒武紀大爆發(fā)’的奧秘提供了極其珍貴的證據(jù)?！?/p>
達爾文進化論提到，在現(xiàn)存和已滅絕的所有物種之間，中間和過渡環(huán)節(jié)的數(shù)量一定是難以想象的多。“因此，想要破解‘寒武紀大爆發(fā)’之謎，科學家就需要找到動物門類起源的過渡型祖先化石。”論文通訊作者之一、南京古生物所研究員黃迪穎說。
其中，節(jié)肢動物是理解“寒武紀大爆發(fā)”的重要例證之一。
科學家在澄江動物群中發(fā)現(xiàn)，從寒武紀大爆發(fā)開始，節(jié)肢動物便是地球上多樣性最高、生態(tài)適應最成功的動物門類之一。在今天，它們也是地球上個體數(shù)量最多的動物，且占據(jù)了動物界中大約80%的物種多樣性。從人見人愛的螃蟹、小龍蝦、蝴蝶，到人人喊打的蒼蠅、蚊子等，它們都屬于節(jié)肢動物，在海、陸、空各種環(huán)境下都有它們的身影。
然而，節(jié)肢動物是怎么演化來的？它們的祖先又長什么樣？100多年來，科學家追尋著這一生物進化難題的答案。
15年找到并解析關鍵“過渡化石”
黃迪穎告訴《中國科學報》，現(xiàn)今的節(jié)肢動物(又稱真節(jié)肢動物)具有硬化的表皮、愈合的頭殼、多節(jié)的軀干和分節(jié)的腿肢等特征。自上世紀90年代以來，關于節(jié)肢動物起源的研究源源不斷。
“奇特的蝦”和“寒武紀五眼怪”的發(fā)現(xiàn)，是具有重要意義的事件。
“奇特的蝦”真名奇蝦，因其體形巨大、身體造型奇特而得名。趙方臣介紹，奇蝦最早在澄江動物群中被發(fā)現(xiàn)，是體長可達兩米的頂級捕食動物，具有分節(jié)的大附肢，被認為是節(jié)肢動物祖先類型。但是，奇蝦和真節(jié)肢動物形態(tài)差異巨大，兩者之間存在著難以跨越的演化鴻溝。這一鴻溝成為探索“節(jié)肢動物起源之謎”的關鍵缺失環(huán)節(jié)。
“寒武紀五眼怪”真名為奧帕賓海蝎，因特有的五只眼睛而得名，最早在加拿大的布爾吉斯頁巖動物群中被發(fā)現(xiàn)，它也被認為是節(jié)肢動物祖先類型。
但是，寒武紀節(jié)肢動物之間的演化關系仍尚無定論。
2005年，朱茂炎研究團隊開始收集節(jié)肢動物標本，歷經(jīng)15年，終于尋找到6塊稀有的長相奇特的化石——麒麟蝦，得以一步步揭開“節(jié)肢動物起源之謎”的面紗。
論文第一作者、南京古生物所助理研究員曾晗告訴《中國科學報》，此次發(fā)現(xiàn)的麒麟蝦化石，身體具有明顯的真節(jié)肢動物特征，它的頭部組合了節(jié)肢動物祖先類型奇蝦和奧帕賓海蝎的形態(tài)構造，“這一種罕見的嵌合動物”。
為了進一步驗證麒麟蝦作為過渡化石的角色，研究團隊采用多種技術手段，對麒麟蝦化石進行了精細的比較解剖學研究；以多年積累的研究數(shù)據(jù)為基礎，結合麒麟蝦獨特的嵌合形態(tài)和演化發(fā)育生物學分析，證實了奇蝦和真節(jié)肢動物第一對附肢的同源性。
那么，麒麟蝦在節(jié)肢動物的演化過程中處在哪個位置？研究人員通過譜系發(fā)生重建，計算反演出早期節(jié)肢動物演化關系和附肢形態(tài)轉變的新模型。
結果表明，麒麟蝦的演化位置處于奇蝦和其他真節(jié)肢動物之間，位于真節(jié)肢動物的根部。
“生命之問”仍存謎團
“麒麟蝦代表了達爾文進化論預言的重要過渡化石，給生物進化論增添了一個強有力的化石證據(jù)?！秉S迪穎說。
麒麟蝦的發(fā)現(xiàn)也得到國際同行的高度評價。他們認為，“這一完美而出人意料的過渡型動物，填補了節(jié)肢動物演化史一個知識空白”“架起了節(jié)肢動物演化的重要過渡環(huán)節(jié)，涵蓋了節(jié)肢動物幾個關鍵造型革新的起源”“解決了早期節(jié)肢動物頭部前附肢同源性的爭議問題”。
南京古生物所所長詹仁斌說，經(jīng)過幾代科學家的努力，人們對動物起源之謎有了諸多重要認識，但這遠不是終點，仍有許多“謎團”等待解開。
事實上，中國有著很多全世界獨一無二的化石寶庫，保存著精美的化石材料。“這些材料為我們揭秘‘寒武紀大爆發(fā)’、解析生物起源之謎提供了優(yōu)質的研究資源，未來要繼續(xù)利用先進的技術方法，加強國際同行合作交流，不斷取得新突破。”詹仁斌說。
