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石头里的生态(之一)
[ 玉溪网   发布时间:2017-10-12   进入社区    来源:玉溪网   点击: ]

澄江化石地以及往下延伸50公里的岩层里,一层接一层的黄褐色“无字天书”,凝结浓缩了5.3亿年前的生命世界和生态景观……

□  徐明  赵亮

澄江化石地在成为中国首个、亚洲唯一化石类世界自然遗产后,就自然而然地与抚仙湖成为澄江社会进步的“绝代双娇”。

澄江化石地以及往下延伸50公里的岩层里,一层接一层的黄褐色“无字天书”,凝结浓缩了5.3亿年前的生命世界和生态景观。

地球曾经经历了漫长的演变之旅,在这个过程中,万物的生长、发展及演化所产生的难以估量的信息被深深地印刻在不同类型的岩石中。可以说,岩石是解开地球密码的钥匙,它又像一座巨型的数据库,充满了各种生态信息。人类正是通过逐步了解、掌握这些珍贵的信息,来破解神奇大自然的无穷奥秘。

澄江化石地那些石头里的寒武纪生态,不仅让现在的人们倍感神秘莫测,甚至还会为之怦然心动。

突变取代了渐变

植物王国变成了动物王国

寒武纪早期,各种各样的低等生命只能在海洋中孕育、生长,当时的大陆还是亘古旷寂的荒漠,没有什么青山绿水。

生命的起源是人们关注和争论的焦点。随着认识的不断深入和各种证据的不断发现,人们对生命起源的问题有了更深入的研究,其中一个重要的证据就是保存在岩石中的化石。迄今为止,我们发现的生物化石只有更老,而没有确定最老。6亿年前的是菌藻类化石,6亿年来才逐步在地层中出现我们通常所说的动物、植物化石。

6.3―5.42亿年前发生的埃迪卡拉动物群发现于澳大利亚,保存在粗粒石英砂岩下层面,大部分类型非植物、非动物,无法确定分类,且空前绝后,无法进行对比,被认为是一次失败的演化实例。

在地球长达35亿年的生命进化史中,科学家惊奇地发现整个地球生物的进化历程,似乎被耽误了很长时间,真正大型动物的进化实际上只有5亿多年,地球生物在长达30亿年的时间里,都是以藻类和菌类的简单形式在海洋中消磨时光。大约6亿年前,在地质学称作“寒武纪”的开始,绝大多数无脊椎动物门几乎是“同时”地、“突然”地在几百万年时间内出现,在寒武纪地层中形成门类众多的无脊椎动物化石(节肢动物、软体动物、腕足动物和环节动物等)。而在寒武纪之前更为古老的地层中,长期以来找不到动物化石的现象,曾被国际学术界列为“十大科学难题”之一。

多孔动物门为原始的多细胞生物,也称海绵动物门,一般称为海绵。海绵现在被认为是最原始、最低等的水生多细胞动物,因为它们具备了几乎所有动物的基本特征。目前,已知的海绵动物约有1万种,因其适应于固着生活方式,以前一直被认为是植物,直到19世纪中叶才被确定为动物。

海绵为固着的底栖生物,除根部外,海绵体均参与取食活动。以腐烂的有机质、菌类、藻类和生物幼虫为食,还能吸收溶解在水中的氨基酸。海绵的再生能力很强,如果把海绵切成小块,每块都能成活且继续长大。

澄江化石包括植物化石和动物化石。植物化石包括单细胞微型藻类、多细胞宏观藻类。这些植物由细胞构成,没有根、茎、叶的分化,已有光合色素,没有维管系统,它们很小,却是动物生存的基础,为动物提供食物和氧气。它们是植物界的始祖,是海洋复杂植物和陆生植物进化的基础。

5.3亿年前后,抚仙湖地区地表环境发生了巨变,海洋中的生命形式也发生了巨变,以澄江动物为代表的第一批后生动物出现在海洋里,它们包含了现今地球上所有动物的先祖,取代了藻类世界,开启了动物统治地球的历史。地球的生命发展史由此改变,最原始的脊椎动物昆明鱼、海口鱼等出现在海洋里,使智慧生命——人类的起源成为可能。

澄江动物群是寒武纪早期的一个多门类动物化石群,不仅动物类型多,而且保存了生物的软体构造,首次栩栩如生地再现了远古海洋生命的壮丽景观和生物的原始特征,是探索源头奥秘的绝佳科学窗口。

动物化石在澄江化石中占绝对优势,分属十多个动物门类,有一些暂时还无法归类,主要有海绵动物门(多孔动物门)、刺细胞动物门(腔肠动物门)、线形动物门、叶足动物门(原节肢动物门)、动吻动物门、腕足动物门、软体动物门、节肢动物门、脊索动物门。

今天地球上所有天上飞的、地下跑的、海里游的动物祖先,差不多都在那个时代出现了,科学界用与达尔文渐变模式截然相反的突变来形容当时生物多样性突然爆发式出现的情景。

海洋是生命的摇篮。从第一个有生命的细胞诞生至今,仍有20多万种生物生活在海洋中,其中海洋植物约10万种、海洋动物约16万种。从低等植物到高等植物,从植食动物到肉食动物,加上海洋微生物,共同构成了一个特殊的海洋生态系统。

这突变取代渐变、植物王国变成动物王国的大戏,是在寒武纪早期拉开序幕的,实证就在澄江化石地的石头里。

大爆发启动大辐射

单一性裂变成多样性

寒武纪到底蕴藏了怎样神奇的力量,使得地球生命的进化历程突然加速,在几百年的时间里,实现从微生物向大型生物的转变、从单一性裂变成多样性?

古生物学研究表明,从地球生命出现到今天,已历经了38亿年,但在寒武纪之前,生命只是以藻类和菌类的简单形式存在于海洋里。寒武纪之后,大量后生动物迅速在海洋里出现,演化特别快,澄江动物化石群记录了这段特殊时期的全貌。和38亿年相比,1000万年相当于一昼夜中的一分钟,地球突然涌现出各种各样的奇特物种,它们“不约而同”地迅速起源、爆发出现,整齐地站在进化的同一起跑线上。节肢、腕足、腔肠、线形、脊索动物等一系列与现代动物形态基本相同的物种在地球上来了个“集体亮相”,形成了多门类、多物种生生不息的繁荣景象。动物世界的多样化和大型化源自于寒武纪初期的生命大爆发——一个困扰达尔文的生命演化之谜。来自澄江的遥远寒武纪物种“昆虫源头”抚仙湖虫、“脊椎动物祖先”云南虫、“海中巨无霸”奇虾、“婀娜小美人”纳罗虫、怪异的怪诞虫等,向人们展现了一幅栩栩如生、蓬勃壮丽的远古海洋生命画卷,诠释了现代动物生命的原始记忆。

长期以来,这些门类众多且独特的无脊椎动物化石,在寒武纪之前更为古老的地层中是找不到的。

美国生态学家斯坦利提出的“生物收割者假说”,是一种解释寒武纪生命大爆发的生态学理论,即“收成原则说”。他认为,掠食动物的出现导致的生态革命是寒武纪生命大爆发的主要诱导因素,在前寒武纪长达30亿年的时间里,地球生命是以微生物的初级形式在海洋中缓慢进化的。此时的海洋,是一个由蓝藻这种简单的初级生产者所组成的生态系统。这一系统内的群落在生态学上属于单一不变的群落,营养级也是简单唯一的,这种群落的进化非常缓慢,生物多样性缺乏。由于没有掠食者,整个前寒武纪生物的组成极为单调,而一旦出现捕食者,便有机会为初级生产者产生新的空间,于是更多的、更高层次的生产者及捕食者便演化出来。寒武纪生命大爆发的关键是草食“收割者”,即食用蓝藻的动物的出现和进化。反过来,生产者的多样性又导致了更特异的“收割者”的进化,从而使整个生态系统的生物多样性不断丰富,最终导致了寒武纪生命大爆发。

在加拿大发现的寒武纪中期的布尔吉斯动物化石群和在澳大利亚发现的前寒武纪末期的埃迪卡拉动物化石群,两物种间发生的突发性变化难以在实物上得到证明。而澄江动物化石群正好处在以上两个化石群时间跨度的中间,是寒武纪生命大爆发的最重要环节。

澄江化石地为生物多样性提供了直接的实证,它呈现了寒武纪早期海洋生物群落最完整的记录,还包含了大量独特且保存完好的生物群,展示出广泛且类型多样的生物。

无脊椎动物从简单到复杂的排序是:原生动物、海绵动物、腔肠动物、扁形动物、线形动物、环节动物、软体动物、节肢动物、苔藓动物、腕足动物、帚虫动物和棘皮动物。除原生动物以外的其他多细胞动物门类统称为后生动物。化石记录表明,在寒武纪初期大量出现的后生动物的代表,是结构比较复杂的三叶虫,这使人们困惑不解。也就是说,当多细胞动物在地球上大量出现时,首先出现的是比较进步类型的种群,这真是一个谜。

澄江化石地的岩层中发现的动物种类多,其中150余种动物是全世界第一次发现,因此成为正模标本。所谓正模标本,就是世界上首次发现并命名某个新物种时所依据的标本。地球上的每个物种都只有一具正模标本,其他动物是不是这个物种,只能和这个正模标本比对,因而正模标本是极其珍贵的。

大爆发启动了大辐射,寒武纪的海洋里不时有新的动物诞生,动物大家族三叶虫演化辐射出上千个品种。三叶虫是已经灭绝的古代海洋节肢动物,由于身体纵横都可以分为三部分而得名,纵向分为头、胸、尾三部分,横向分为左、中、右三部分,它们全部生活在海洋中,是当时海洋中主要的生物类群。三叶虫的生存年代从早寒武纪出现开始,到二叠纪末期灭绝,寒武纪时期最繁盛,被称为“三叶虫时代”。澄江动物化石群中的云南头虫、古莱德利基虫等都属于三叶虫。

海绵动物的身体由多细胞组成,但细胞间保持着相对的独立性,还没有形成组织或器官。海绵动物目前已知10000种,主要生活于海水中,有1科生活于淡水中。

特别可贵的是,现在地球上几乎所有门类生物的远祖代表在澄江化石地都有发现,有硬体也有软体印模,为人们研究寒武纪生命大爆发过程中的生态环境提供了证据。

寒武纪生命大爆发让达尔文深感困惑,他一直认为今天地球上的30多个动物门类是经过38亿年缓慢进化而来的,而寒武纪地层中仍在不断出现的新化石,让现代学者用了一个多世纪也没有说清楚这场生命大爆发的规模究竟有多大。

澄江化石地的地质年代正处于寒武纪生命大爆发时期,澄江化石记录了这段特殊时期动物群的全貌。众多的化石让我们如实看到了迄今地球上发现的分布最集中、保存最完整、种类最丰富的寒武纪生命大爆发的例证,生动如实地再现了5.3亿年前海洋世界的壮丽景观和现生动物的原始特征,为研究地球早期生命从单一性裂变成多样性等前沿课题提供了珍贵证据,因而被国际古生物学界誉为“二十世纪最惊人的发现之一”。

编辑:蒋婵雯
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