探秘清江生物群——记西北大学发现寒武纪大爆发极盛时期清江生物群

本刊记者/张瑞芬 郑飞

2019年3月22日,世界的目光突然聚焦在中国湖北宜昌长阳这个地处鄂西南山区的土家族自治县，被当地人视作“母亲河”的清江一夜之间名扬天下。

中国科学院院士舒德干带领的西北大学早期生命与环境创新研究团队，早已预见到这一切——甚至在5年前，他们就深信“清江”这个名字，将会在古生物学研究史上占据一个耀眼的位置。西北大学早期生命与环境创新研究团队的张兴亮教授正带领项目团队在长阳当地钻井取样，以期探索寒武纪生命大爆发时期古生物环境条件如何影响生态结构及演化，并试图破解动物软体结构特殊埋藏机制。

清江生物群模拟复原图

探秘寒武纪生命大爆发

清江生物群和距离1050千米之外的澄江生物群处于相同的时代。西北大学早期生命与环境创新团队相信，在后续大规模的发掘研究中，清江生物群将为发现和探索新的躯体构型和新的动物门类提供更多的第一手材料，清江生物群研究有望在后生动物门类起源演化，以及化石的特异埋藏领域首先取得新突破。

舒德干院士（前排左二）与师生交流

昆明鱼目

清江生物群中目前发现的此前从未有过记录的全新属种

充满活力、干劲的西北大学早期生命与环境创新研究团队

这样的认识和自信基于张兴亮、傅东静等人对清江生物群研究取得的初步成果，更基于30年来西北大学早期生命与环境创新研究团队在舒德干院士的带领下，对澄江生物群及寒武纪大爆发进行长期探索并取得的系统的创新成果。

团队提出早期后口动物亚界完整的谱系图，实证了原口动物亚界中最大门类节肢动物门的起源演化及基础动物亚界演化连贯性，揭示了动物三大亚界关键门类的起源和演化关系，首次提出了早寒武世完整动物树框架。

生命之树

生命之树的猜想是达尔文进化论的核心，地球上的生命皆源自一个或少数几个祖先，随后在38亿年的时间不断分支和代谢，最终形成了今天这棵枝繁叶茂的生命大树。近几十年来，科学家们正在积极联手逐步勾勒出各级各类动物之树、植物之树、真菌之树、原核生命之树，乃至统一的地球生命大树。而舒德干等人在寒武纪大爆发前后找到地球上的动物树逐步发育成长的隐秘证据，勾画出动物门类起源爆发时最初成型的动物树轮廓。

考证了3个动物亚界的阶段性演化成型事实，明确界定了寒武纪大爆发的终点，舒德干等人创新性地提出了“三幕式”寒武纪大爆发假说。假说认为寒武纪大爆发并非一次性突发事件，而是一个历时4000万年以上的由量变到质变的多幕式演化事件，它包括前奏、序幕、主幕3个阶期,并依次形成了3个动物亚界。较传统的“几乎所有动物门类都站在同一起跑线上”的“一幕式”寒武纪大爆发假说，“三幕式”反映了寒武纪大爆发过程的阶段性和连续性，更接近动物界的真实辐射演化史。

寻找人类的远祖至亲

在地球生命构成的这棵谱系大树上，人类不过是某个枝条上的一片小叶。沿着动物进化的方向回溯，或许就能引导人类一步一步探寻自己生命的奥秘，找出“我们是谁?”“我们从哪里来?”的答案。

出现于第三纪、第四纪的人类之前是什么样子?是哺乳类、是爬行类、是两栖类、是水生脊椎动物，再向前，就是舒德干等人1999年在澄江化石库捉回来的“第一鱼”昆明鱼目。

“澄江生物群与人类早期起源密切相关，昆明鱼目(包括昆明鱼、海口鱼、钟健鱼)甚至有可能恰好是人类的远古祖先。”舒德干院士说。作为最古老的脊椎动物，昆明鱼目已经具备了头(脑)、脊椎和心脏，为人类重要器官的早期起源提供了对应的源头。

人类是后口动物亚界超级大家庭的一员，早期后口类祖先创生了鳃裂构造引发了新陈代谢革命而与原口类分道扬镳，舒德干带领团队在澄江化石库发现了比昆明鱼更为古老更为原始的无头无脊索的古虫动物门，其前体不仅有大口更有咽腔型鳃裂，后体具有肠道和肛门。

经过对澄江生物群30年的研究，舒德干团队已经发现那些最重大进化创新事件的可靠化石证据，在国际上首次揭示出脊椎动物、头索动物、尾索动物、棘皮动物、古虫动物等后口动物亚界几乎所有门类的原始代表，勾勒出早期后口动物亚界完整的谱系演化图，让人们可以真实地看到从低等动物通达人类漫长旅途中那些在器官构造创新上做出杰出贡献的原始祖先。

2017年初，舒德干团队的韩健研究员在陕南“宽川铺生物群”发现了冠状皱囊动物，这个直径约1毫米的单一微球囊动物尚无肛门，只有一个相对它的身体来说奇大无比的口。皱囊虫是迄今发现的最古老最原始的后口动物，或代表基础动物与后口动物之间的珍稀过渡类群，这个被认为代表着显生宙最早期的微型人类远祖至亲，或许离学界期盼已久的始祖不远了。

2017年2月9日，《自然》杂志以封面亮点论文的形式刊发了韩健的研究文章，并评价该研究“为人类远古起源研究的‘重大悬案’找到了实证”。该项成果还入选了当年的“中国古生物学十大进展”。

以求真态度做踏实的工作

西北大学早期生命与环境创新研究团队两次获得国家自然科学奖，研究成果两次入选“中国十大科技进展”，两次入选“中国高校十大科技进展”。

英国《科学报告》曾在线发布了张志飞教授课题组寒武纪冠轮动物超门研究成果，成果揭示了5.3亿年前软体动物门和环节动物门的共祖特征。这项研究成果对理解后生动物门类，尤其是冠轮动物超门的系统演化有重要科学意义。张志飞关于内肛动物的发现填补了寒武纪大爆发缺乏内肛动物的空白，被评价为“成全了新达尔文主义的梦想”。

2012年，团队的刘建妮教授在澄江化石库发现了仙人掌滇虫，这个来自5.2亿年前，浑身长刺、身体和腿基本一样粗的生物后来被证实是节肢动物的祖先。仙人掌滇虫的发现解决了节肢动物这一地球上最大优势类群起源的难题,是古生物学研究领域的重大突破。“仙人掌滇虫”入选了2012年度国际十大生物新属种，是唯一入选的化石新属种，也是唯一一个代表中国入选的生物新属种。

作为舒德干院士指导的第一位博士生，张兴亮在寒武纪大爆发和动物门类起源基础前沿取得的成果，解决了许多长期悬而未决的科学难题。2016年，由张兴亮教授主持，舒德干院士、刘建妮教授、张志飞教授、韩健教授为主要完成人的“地球动物树成型”项目获得了国家自然科学奖二等奖。这一年，距舒德干创立西北大学早期生命研究所，整整过去了20年。

“不驰于空想，不骛于虚声。而惟以求真的态度，作踏实的工夫。”从发现化石到最终发表研究成果，中间往往是5年、10年，甚至是更长时间的学习和研究。在发现清江生物群之前，研究团队的张兴亮教授和傅东静副教授每年都拿着地质图，带领团队在全国进行巡回野外踏勘，华南、华北，甚至新疆，凡是有寒武纪泥质页岩的地区，都留下了团队的足迹。

动物界有38个门，在寒武纪大爆发时期已发现20个现生动物门和6个灭绝动物门类，还有18个现生动物门类在寒武纪大爆发时期未找到化石代表。新化石产地发现的意义格外重大，清江生物群中已经发现了许多形态奇异的崭新物种。“随着日后研究工作的展开和深入，清江生物群在揭示动物树最初成型中的重大事件，探索人类最早的进化轨迹,特别是研究动物树和环境的协同变化关系等方面，一定会取得震惊世界的科研成果。”

73岁的舒德干院士对团队以后的研究工作充满了期待：“前面还有很多工作需要年轻人来完成。我希望最好的研究工作,由中国人来完成。”

在清江化石群遗址地挖掘标本

张兴亮、傅东静在研究工作中