澄江生物群的研究意义

第五节　澄江生物群的研究意义

已知的最老的保存软体的生物群是中寒武世的加拿大布尔吉斯页岩生物群,它比早寒武世的“寒武纪大爆发”要晚1000多万年。因此,加拿大布尔吉斯页岩生物群不可能指出地球上最老的动物都是些什么。我们对寒武纪生物大爆发所产生的生物及生物群落结构所知甚微。在现代的海洋中,70%以上的动物种和个体实际上都是由软组织构成的,因而极少有形成化石的可能。那么寒武纪生物大爆发时是不是也会产生如此众多的软躯体动物?澄江生物群的发现,使我们如实地看到了地球海洋中最古老的动物原貌;使我们认识到,自寒武纪生物大爆发时,地球海洋中就生活着纷繁的生态各异的动物;绝大多数地层中保存的硬骨骼化石误导了我们对早期生命的认识。例如,叶足动物门的有爪动物,现在只生活在南半球的少数陆地地区。澄江生物群告诉我们,有爪动物在寒武纪大爆发时不但存在,其形态还出乎意料地比现代有爪动物更加丰富多彩。

澄江生物群化石保存在细腻的泥岩中,动物的软体附肢构造保存精美,且呈立体保存。构造细节能比较容易地在显微镜下用针尖揭露出来。通过澄江化石的研究,我们完全能够修正某些同类生物群原先研究的错误观点。如动吻动物门的大型奇虾类动物,具有100余年的研究历史,过去一直认为此类动物是无腿的巨大怪物。澄江生物群不但存在这类动物,而且保存好,类型多,我们的研究从根本上改变了原来的观点。加拿大布尔吉斯页岩叶足动物门的怪诞虫的研究,科学界一直把它作为不可思议的奇形怪物。而通过对澄江同类化石的研究,证明原来的研究成果是背、腹倒置。如果没有澄江生物群,我们对这些动物的认识永远是一个谜。

节肢动物是动物界中最庞大的一类,但是关于节肢动物的原始特征以及各类群之间的关系,科学界对其了解很少。以往所发现的化石,多是节肢动物的外骨骼,而解决节肢动物的分类,论述其演化关系,关键构造是腿肢。保存好的腿肢在化石中很少发现,因此,关于寒武纪节肢动物的系统分类处于一个混乱状态。通过澄江节肢动物的研究,对节肢动物分类关系和原始特征有了一个清楚的认识。澄江节肢动物具有一个非常原始的体躯分化,例如现代虾大约有18个不同类型的体节,而澄江节肢动物仅仅4个。这充分展示了随着漫长时间的推移,节肢动物体节特化而行使不同功能的演化趋势。澄江生物群中,双瓣壳节肢动物多种多样,小者1mm左右,大者可达100mm以上,许多种类保存有完美的软体附肢。研究证实,相似壳瓣却包裹着完全不同的软体和附肢。因此,它们的壳瓣不能作为分类和相互关系的依据,壳是趋同演化的结果。同是双瓣壳节肢动物,它们可以分属于不同的超纲。因此,澄江生物群为我们研究早期生命起源、演化提供了宝贵证据(图1-1)。澄江生物群向人们展示了各种各样的动物在寒武纪大爆发时立即出现,现在生活在地球上的各个动物门类在澄江生物群中几乎都已存在,而且都处于一个非常原始的等级,只是在后来的演化中,各个不同类群才演化为一个固定模式。如现在所有昆虫的头部体节数量都是一样的,而原始的节肢动物类群头部体节的数量变化则相当大(从1节到7节)。从形态学的观点来讲,早寒武世动物的演化要比今天快得多。新的构造模式或许能在“一夜间”产生,门和纲一级的分类单元特征所产生的速度或许就如我们认为的种所产生的速度一样的快。而达尔文认为,较高级的分类范畴是生物种级水平演化变化慢慢堆积的结果,依次达到属、科、目、纲和门级水平。这并不意味着达尔文的观点是不正确的,由于受当时科学条件束缚,其理论是不全面的。自然选择很大程度上是一个稳定选择,这种选择有可能阻碍着演化。另外,正如在现生的昆虫和植物中所遇到的情况,新种或许通过单个或少数几个突变就可以形成,实际上杂交种却难于产生。在寒武纪,新门(例如腕足动物门)通过不同器官在成长过程中简单的转换就可以产生,以至于成年个体能够保存祖先幼虫的滤食生活方式。这个过程在几百年或几千年内就可以形成、产生新门。澄江生物群给我们提供的生物高级分类单元快速演化的证据(突变)是在教科书中读不到的。澄江生物群给我们提供了一个完整的最古老的海洋生态群落图,之前我们对这种生态群落的认识几乎是一片空白。现在,我们不仅能知道在寒武纪大爆发时产生了哪些动物,还能初步了解不同动物的生活方式和食性。澄江生物群或许还能帮助我们了解寒武纪生物大爆发中生物演化的原因,以及诱发这种大爆发的起因。

图1-1　澄江生物群在地质历史演化中的位置