探秘地球最早的動物世界

陳孝政

我們在初中生物課上學過生命起源于海洋，那么，你知道地球上最早的動物出現(xiàn)在什么時候？長著什么模樣嗎？

目前發(fā)現(xiàn)的最早的動物化石記錄，是在6.35億～5.41億年前的埃迪卡拉紀?？茖W家由此推測，動物最早的祖先可能出現(xiàn)在7.2億～6.35億年前的成冰紀。在起源后，動物經(jīng)歷了一系列重要的演化過程，并最終在寒武紀早期發(fā)生動物門類大爆發(fā)，占領(lǐng)了從淺海到深海的廣闊生態(tài)空間。你想探索動物的起源嗎？讓我們一起到埃迪卡拉紀去看看吧！

“隱形”的動物世界

成冰紀，顧名思義就是冰河世紀。那時地球表面氣溫極低，從兩極到赤道全部被冰雪覆蓋，整個地球變成一個“大雪球”，因此也被稱為“雪球地球”。

科學家們推測，早期動物在成冰紀很可能經(jīng)歷了一個“隱形”的演化階段。受到當時地球大氣含氧量低、低溫冰凍等環(huán)境的限制，早期動物祖先們體型微小、分布有限，加之沒有硬體骨骼，不容易保存為化石，因此它們在化石記錄中就如同“隱形”了一般。

隨著全球氣溫上升，冰雪融化，“雪球地球”在埃迪卡拉紀早期結(jié)束。藍藻光合作用產(chǎn)生了大量氧氣，使地球大氣和海洋中的氧含量上升，此時的地球淺海環(huán)境對動物生存變得“友好”起來。“隱形”的微體動物在這個時期開始第一次“長大”—成為肉眼可見的復雜多細胞宏體動物，并在埃迪卡拉紀時期逐漸演化出多種復雜生態(tài)群落。當然，這其中也不乏“失敗”的演化實驗。

藍田生物群：最古老的宏體多細胞生物群

在現(xiàn)今生物圈中，包括人類在內(nèi)的所有肉眼可見的生命，幾乎都是宏體多細胞真核生物。2011年，中國科學家在安徽休寧發(fā)現(xiàn)了距今約6億年的藍田生物群，并認為其可能是最古老的復雜宏體多細胞生物群。

藍田生物群中不僅包含了扇狀、叢狀生長的海藻，還有具觸手和類似腸道特征的動物化石。它們以碳質(zhì)壓膜的形式保存在頁巖上，雖然只有幾厘米大小，卻具有較復雜的形態(tài)分異和解剖學結(jié)構(gòu)，類似于現(xiàn)代的腔腸動物或海綿動物?？茖W家推測它們營底棲固著生活 ，并可能進行有性繁殖，這有助于增加后代遺傳物質(zhì)的多樣性，進一步導致形態(tài)的復雜化和多樣化。

甕安生物群：最早的動物胚胎及動物化石

甕安生物群主要產(chǎn)于貴州甕安的埃迪卡拉紀含磷地層，以磷酸鹽化方式保存了多種類型的微體真核生物化石。1998年，科學家們從中發(fā)現(xiàn)了動物胚胎和微體后生動物化石，為早期動物的輻射演化提供了關(guān)鍵的化石證據(jù)。

這里的動物胚胎化石保存非常精美，甚至保存了受精卵的細胞分裂過程：一個細胞分裂成兩個，兩個變四個，四個變八個……從這些胚胎化石中，科學家們發(fā)現(xiàn)了至少6種不同的卵裂方式，其中也包括兩側(cè)對稱動物特有的胚胎發(fā)育模式。

埃迪卡拉生物群：一場“失敗”的演化實驗

埃迪卡拉生物群首先發(fā)現(xiàn)于澳大利亞埃迪卡拉紀砂巖地層。這類化石以印痕的形式保存了生物的外形輪廓，有的像圓盤狀的水母，有的像扁平狀的大樹葉，有的像橢圓形的盾牌……它們大多都是幾厘米的生物，但最大的也可達1米。這些化石雖然形態(tài)多樣，但由于分不清組織結(jié)構(gòu)，看不到運動器官和消化器官，很難明確它們具體屬于哪類動物。

到了埃迪卡拉紀末期，這些類型的化石突然全部消失。由于它們的生物結(jié)構(gòu)與其后的寒武紀生物群有著明顯的不同，因此科學家們推測，埃迪卡拉生物群可能走入了一個演化的盲端，沒有留下任何后代。

延伸閱讀：

埃迪卡拉生物群在全世界30多個國家和地區(qū)都有發(fā)現(xiàn)，但在中國卻難覓其蹤。直到2014年，中國科學家在湖北宜昌三峽地區(qū)埃迪卡拉紀碳酸鹽地層中，成功發(fā)現(xiàn)了多種類型的埃迪卡拉生物群代表性化石，填補了中國在這一領(lǐng)域的空白。

知識鏈接：

2015年，中國科學家在甕安生物群中發(fā)現(xiàn)了迄今為止最早的動物化石—貴州始杯海綿。通過鋯石同位素測年并結(jié)合地層對比，科學家們確認了甕安生物群的年齡，這也意味著，地球上的動物已經(jīng)確切有超過6.09億年的歷史了。

梅樹村小殼動物群：動物骨骼礦化的大爆發(fā)

從化石證據(jù)來看，動物的首次礦化發(fā)生在埃迪卡拉紀末期，時間不早于5.5億年前。其中以全球廣布的典型弱礦化管狀化石—克勞德管為典型代表。這些動物最早利用鈣化的“骨骼”作為自己的硬殼，來保護軟軀體，進行防御掠食，應對惡劣的生存環(huán)境。

到了寒武紀早期，一部分動物發(fā)生了快速的骨骼化。產(chǎn)于云南晉寧5.4億年前寒武紀早期地層中的梅樹村小殼動物群，以磷酸鹽化的形式保存了大量以毫米計的小殼體，如軟舌螺、環(huán)節(jié)動物、軟體動物、腕足類等，揭示出動物在寒武紀早期發(fā)生了快速的生物骨骼化過程。在這段地層中，動物活動留下的遺跡化石的尺寸和豐度大大增加，記錄了該時期動物生態(tài)多樣性的變化。

澄江生物群：揭秘寒武紀生命大爆發(fā)

1984年發(fā)現(xiàn)于云南澄江的澄江生物群，保存了大量精美的軟軀體動物化石，有史以來第一次生動地再現(xiàn)了距今5.2億年前地球上海洋動物世界的真實面貌。由于澄江生物群代表了寒武紀大爆發(fā)的高潮，具有當之無愧的核心地位，因此被譽為20世紀最驚人的發(fā)現(xiàn)之一，并于2012年入選世界自然遺產(chǎn)名錄。

澄江生物群中保存了包括脊索動物在內(nèi)的大多數(shù)現(xiàn)生動物門類的化石記錄。其中，既有遠古海洋的霸主—奇蝦，也有脊椎動物歷史的起點—云南蟲，許多化石代表了重要演化事件的中間類群，填補了相關(guān)動物類群早期演化歷史的空缺。澄江生物群的發(fā)現(xiàn)，充分展示了寒武紀大爆發(fā)的規(guī)模和影響，以及由此產(chǎn)生的生物多樣性和復雜生態(tài)系統(tǒng)。

至此，地球上的各門類動物進入了各自宏偉的演化序列，并在之后5億多年的歷史中，通過化石得以被持續(xù)和相對完整地記錄下來。

根據(jù)百余年來的研究進展，特別是近年來中國的化石發(fā)現(xiàn)和研究，我們可以說，“寒武紀大爆發(fā)”是客觀存在的生物演化事件，然而，寒武紀各門類動物的“根”，已經(jīng)深深扎入了更古老的地質(zhì)歷史中。endprint