10月27日，《自然》雜志以“長(zhǎng)文”形式刊發(fā)了西北大學(xué)早期生命研究團(tuán)隊(duì)教授張志飛指導(dǎo)的博士生張志亮等人的最新成果——《化石證據(jù)揭示苔蘚動(dòng)物門起源于寒武紀(jì)早期》，宣告在陜南鎮(zhèn)巴縣發(fā)現(xiàn)了地球上已知最早的苔蘚動(dòng)物（苔蘚蟲）化石。該研究將苔蘚動(dòng)物門的地質(zhì)歷史從奧陶紀(jì)前推到寒武紀(jì)大爆發(fā)早期，將其起源向前推進(jìn)了約5000萬(wàn)年。
張志亮是論文第一作者，西北大學(xué)為第一完成和通訊單位。聯(lián)合研究者有澳大利亞麥考瑞大學(xué)教授、西北大學(xué)兼職教授Glenn A. Brock，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所、英國(guó)自然歷史博物館、瑞典自然歷史博物館等機(jī)構(gòu)的學(xué)者。
這也是由中國(guó)科學(xué)院院士、西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系教授舒德干領(lǐng)銜的西北大學(xué)早期生命與環(huán)境創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)自1996年以來(lái)在《自然》《科學(xué)》上發(fā)表的第15篇論文。
發(fā)現(xiàn)苔蘚蟲化石有何意義？
“寒武紀(jì)大爆發(fā)是地球上已知最為宏偉的兩側(cè)對(duì)稱動(dòng)物的生命爆發(fā)事件。它是我們地球所經(jīng)歷的4個(gè)重大里程碑中最偉大、最神奇的事件。”舒德干講述。
第一個(gè)里程碑事件發(fā)生于46億年前的初始期，地球完全是一個(gè)大火球，與今天的金星大體相似。第二個(gè)里程碑事件發(fā)生于接下來(lái)的幾千萬(wàn)年間，隨著溫度降低，長(zhǎng)期連續(xù)降雨便形成原始海洋而成為“水球”，那時(shí)一片汪洋，沒有大陸。第三個(gè)里程碑事件出現(xiàn)了神奇現(xiàn)象，改變了它的“無(wú)機(jī)性”——花費(fèi)了5億年，在海洋中產(chǎn)生了原始生命，主要是細(xì)菌，那時(shí)的地球應(yīng)該稱為“細(xì)菌球”；其他大部分行星由于缺乏類似的海洋條件，所以未能產(chǎn)生任何生命。第四個(gè)里程碑事件就是海洋生命經(jīng)歷了30多億年的漫長(zhǎng)演化，最終快速形成了整個(gè)動(dòng)物界框架；它使行星的海洋和陸地面貌發(fā)生了徹底改變，可稱為“動(dòng)物球”。
現(xiàn)代地球還可以稱為“人類世”和“人類球”，但歸根結(jié)底還是來(lái)源于5億多年前的“動(dòng)物球” 。舒德干用“四球”來(lái)定義地球的發(fā)育過程，即“火球”“水球”“細(xì)菌球”和“動(dòng)物球”。
“動(dòng)物界這種快速起源成型的神奇事件，被稱為寒武紀(jì)生命大爆發(fā)。” 舒德干說道。
寒武紀(jì)大爆發(fā)一直是個(gè)未解之謎。達(dá)爾文當(dāng)年十分困惑，認(rèn)為動(dòng)物界不可能通過爆發(fā)形成，應(yīng)該是慢慢演化而來(lái)的。100多年后，美國(guó)學(xué)者古爾德（S. Gould）根據(jù)當(dāng)時(shí)的化石信息，于上世紀(jì)70年代提出“一幕式”爆發(fā)假說，被后人演繹成“幾乎所有動(dòng)物門類都站在同一起跑線上”，其影響巨大。
2008年，根據(jù)古生物學(xué)的許多新發(fā)現(xiàn)，尤其是我國(guó)澄江動(dòng)物群的系列性重大發(fā)現(xiàn)，舒德干研究團(tuán)隊(duì)正式提出了“三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)假說”。
“假說概括地表述：現(xiàn)代生物學(xué)認(rèn)為，整個(gè)動(dòng)物界的30多個(gè)門類，由低等到高等可歸納為3個(gè)亞界，即低等的基礎(chǔ)動(dòng)物亞界，較高等的原口動(dòng)物亞界和更高等的后口動(dòng)物亞界；而寒武紀(jì)大爆發(fā)從5.6億年前到5.4億年前再到5.2億年前，恰好也分為3個(gè)階段，分別依次爆發(fā)式誕生了3個(gè)動(dòng)物亞界的所有門類。” 舒德干說。
現(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的20多個(gè)門類的誕生時(shí)代都符合“三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)假說”，但苔蘚動(dòng)物門化石記錄卻不符合。
據(jù)了解，舒德干預(yù)言這個(gè)低等原口動(dòng)物門類應(yīng)該在5.3億年前出現(xiàn)，但它以前的最早化石記錄卻在奧陶紀(jì)，至少晚了5000萬(wàn)年。這一直令他們深感困惑。
正是張志飛等人這項(xiàng)研究成果，確證苔蘚動(dòng)物門誕生在5.3億年前，再次完美地支持了“三幕式寒武紀(jì)大爆發(fā)”假說的正確性，或者說進(jìn)一步證實(shí)了這個(gè)假說具有可靠的科學(xué)預(yù)言性。
毫米大小的化石與艱巨的重大發(fā)現(xiàn)
舒德干介紹：“多個(gè)動(dòng)物門類的源頭探索，其中比較容易發(fā)現(xiàn)的門類，過去都陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)了，剩下的都是一些很難啃的‘硬骨頭’。苔蘚動(dòng)物門在海洋中是一個(gè)重要門類，很難被發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈冎挥泻撩准?jí)大小。”
據(jù)了解，2015年，張志飛帶領(lǐng)學(xué)生張志亮、陳飛揚(yáng)等赴湖北宜昌、四川南江、陜西鎮(zhèn)巴等地采集了大量生物碎屑灰?guī)r。回到學(xué)校后，張志亮開始了漫長(zhǎng)的酸蝕實(shí)驗(yàn)：巖樣破碎、醋酸溶解、分門別類……長(zhǎng)達(dá)3年多的時(shí)間，他處理了約3.2萬(wàn)枚化石。其中有一枚比芝麻還小一倍的奇特化石，讓他印象深刻。
“我至今都記得把它放到顯微鏡下的瞬間，‘美妙驚奇、嘆為觀止’所有美好的詞匯都不及眼下小小的世界。”張志亮回憶。“總覺得這枚化石形態(tài)結(jié)構(gòu)奇特，但它到底是什么？”疑問始終困擾著他。
因?qū)茖W(xué)研究的執(zhí)著，2017年，Glenn A. Brock訪問西北大學(xué)時(shí)，張志亮拿出了這枚化石照片。Glenn看后，驚呼 “天哪！1993年我曾在澳大利亞見過類似的標(biāo)本！”這一刻，張志亮眼睛亮了。
“5億多年前，澳大利亞板塊與中國(guó)華南板塊臨近，相似的化石在兩個(gè)板塊上的同時(shí)出現(xiàn)，證明我們?cè)?jīng)的偶然發(fā)現(xiàn)并非巧合！”
張志亮在澳大利亞麥考瑞大學(xué)工作期間，曾見到過那枚標(biāo)本。打開顯微鏡的那一刻，張志亮更加堅(jiān)信，在世界的某塊巖石中一定還存在著它們的“兄弟姐妹”。綜合分析，他初步判斷，在澳大利亞弗林德斯山脈模式標(biāo)本產(chǎn)地附近，應(yīng)該會(huì)有相似的化石。
經(jīng)過漫長(zhǎng)的采樣、補(bǔ)樣，張志亮終于找到了另外4枚形態(tài)結(jié)構(gòu)相似的化石。跟導(dǎo)師張志飛和合作專家討論后，初步確認(rèn)標(biāo)本確實(shí)為苔蘚動(dòng)物化石，印證了他們前期的猜想。這讓張志亮激動(dòng)不已，“與其說是我發(fā)現(xiàn)了它，不如說是化石發(fā)現(xiàn)了我”。
張志亮在陜南找到的這枚苔蘚動(dòng)物化石雖然與澳大利亞的標(biāo)本相似，但都沒有完好保存動(dòng)物的口部結(jié)構(gòu)。經(jīng)再和導(dǎo)師張志飛深入探討后，他們共同認(rèn)為還是需要繼續(xù)尋找和等待，等待完備的證據(jù)發(fā)現(xiàn)才能邏輯嚴(yán)密，這是師徒共同堅(jiān)守的學(xué)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
功夫不負(fù)有心人。2019年，他們?nèi)缭冈诎拇罄麃喐チ值滤股矫}附近找到了關(guān)鍵的一枚化石。
往來(lái)郵件200多封郵件與修改20版的論文
支撐材料成稿過程中，各方向?qū)＜覒?yīng)邀加入了研究工作，共同完善掃描電鏡（SEM和BSEM)、X射線斷層掃描（μ-CT）、3D可視化、系統(tǒng)學(xué)數(shù)據(jù)分析等研究，將學(xué)科交叉融合的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致。
又經(jīng)過2年半的化石研究表明：苔蘚動(dòng)物蟲室整齊的幾何排列和復(fù)雜性的模塊化生長(zhǎng)起源于5.3億年前，這是寒武紀(jì)大爆發(fā)重要的生態(tài)創(chuàng)新。
經(jīng)過52個(gè)特征、18個(gè)類群和2個(gè)外群的最大簡(jiǎn)約法和貝葉斯分支系統(tǒng)學(xué)分析研究，確認(rèn)了苔蘚動(dòng)物化石，正是現(xiàn)生苔蘚動(dòng)物最原始的祖先類型。
文章改到第20版，往來(lái)郵件200多封后，張志飛師徒認(rèn)為，時(shí)機(jī)到了！2021年8月3日，他們向《自然》投出文章及文件附件，兩周后便得到了官方初審?fù)ㄖ?/p>
原文鏈接：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/11/468243.shtm
