帽天山:见证5亿年前“寒武纪生命大爆发”

时间:19-12-24 栏目:动物世界 作者:wenkula 评论:0 点击: 238 次




2012年6月拍摄的帽天山,对面是空心坟。



美丽化石带人穿越回一个奇幻水世界



精美的化石


寒武纪是地质划分的一个年代,时间大约是5.4亿年至5.1亿年之间,地球寒武纪早期起出现了一次爆发式的生命演化,大约在短短300万年的时间,绝大部分现生门类的祖先以及许多已经灭绝的生物代表同时出现,这一突发性的事件被称为“寒武纪生命大爆发”。300万年仅仅相当于生命历史38亿年的千分之一,如果生命历史是一天,那么这300万年只是一分钟。位于帽天山的澄江动物化石群就是“寒武纪生命大爆发”的见证,至今地球上无法找到软体化石如此精美以及种类丰富且保存如此完好的“寒武纪生命大爆发”化石群,它就像一本无字天书,记载着地球生命演化的巨大奥秘。


2012年7月1日,“澄江化石地”(澄江动物化石群)申遗成功,人们再一次将目光聚焦在了“帽天山”这一暗藏生命演化密码的小山包上。最新消息是,云南省已将澄江动物化石群列为最新确立的云南十大历史文化旅游项目之一重点打造。40多亿年前的地球是什么样子?生命是怎么诞生的?寒武纪究竟是一个怎样绚烂、神奇的时代?澄江动物化石群的发现与达尔文进化论之间又有着怎样的博弈?请跟随本报视角一起进入帽天山的奇幻世界。


40亿年前的红色地球


科学家利用放射性元素蜕变的特性,通过对岩层的解读,已经推算出地球的年龄——46亿年。


在澄江动物化石群博物馆里,陈列着大量丰富而完整的化石,更详细展示了地球诞生、演化详细过程。用玻璃搭建的旋转楼梯,每一级台阶颜色不同,代表了不同时期的地球生态情况。在澄江动物化石群博物馆馆长陈爱林的引领下,记者一级一级往上走,穿越回几十亿年前的地球。


地球的“年龄”大约有46亿年,寒武纪是距今5.4亿至5.1亿年的时间段(比恐龙时代的“侏罗纪”早4亿年)。40多亿年前的时候,太阳温度很高,地球与太阳距离只有现在的1/10,地表温度高达700摄氏度,当时天空是红色的,陆地上到处是灼热的岩浆。之后温度逐步下降,出现了水藻,大约在35亿年前形成了氧气。陈爱林说:“当时没有自由氧,氧气大约又继续生产了20亿年,到了寒武纪的时候空气中的自由氧才逐步多了起来,才形成了臭氧层。”


大约距今7亿年,气候逐渐变得温暖,一些衍生生物开始在浅水处繁殖。那个时期的地球陆地上没有任何食物,遍布泥沙和岩石,犹如戈壁,只有水中出现了藻类植物。后来经过演化才出现了蕨类植物,蕨类植物能够在线水地区和半干旱的沙滩上生活,此后氧气越来越多,水中的生物才逐渐走向陆地。


大爆发出了缤纷水世界


当记者踏上一级代表5.6亿年前的埃迪卡拉生物群台阶时,陈爱林说:“埃迪卡拉生物是一个很重要的时期,其实在寒武纪生命大爆发之前,由于氧气达到一定比例,大约5.6亿年前出现了埃迪卡拉生物,这些生物比较原始,它们没有消化系统和神经系统。”埃迪卡拉生物群于1947年在澳大利亚南部被发现,它虽然早于澄江动物化石群,但却与之后出现的动物没有联系,它们的出现是偶然的,仅仅是透露出生命大爆发即将到来的信息。


真正见证奇迹的时刻到了——5.3亿年前的寒武纪生命大爆发。在短短几百万年的时间,高等动物取代了藻类植物,一时间出现了节肢动物、脊索动物等,绝大部分现生门类的祖先以及许多已经灭绝的生物代表在这一分钟同时出现。然而这一时期的生命信息在世界其他地区却没有被完整保存下来,直到1984年,当时还是中国科学院南京地质古生物研究所助理研究员的侯先光教授在帽天山一榔头劈开岩层发现“纳罗虫”软体化石的那一刻,揭示生命突现的惊天秘密才浮出水面。


澄江动物化石群晚于埃迪卡拉生物(约5.6亿年前),但早于布尔吉斯动物群(距今约5.15亿年),澄江动物化石群不但填补了两者之间古生物资料的空缺,它还是迄今地球上发现的分布最集中、保存最完整、种类最丰富的早寒武纪化石遗迹。


在澄江动物化石群已累计发现200余种早寒武纪珍稀动植物化石和遗迹化石(其中80%以上是新属新种),是迄今世界上发现古生物门类最多的区域。这里不仅保存了生物的硬体组织,也保存了大量软体生物化石,展示出了完整的寒武纪早期海洋生物群落和生态系统。几乎现生动物的所有门类都能在澄江古生物化石群里找到始祖。


“那时的水下就是一个奇幻世界,有吃植物的,吃动物的,还有吃死尸的。火把虫就是专吃动物尸体的,它左右各有5个爪子,爪子上有刺,伸开后像一团火,因此叫火把虫。”陈爱林说:“火把虫和高足杯虫也生活在海底,它们长在泥地里一动不动。一有食物经过,依靠触手搅动水流,将食物卷到口中。在海底,三叶虫在泥沙里搬一些食物颗粒吃,云南虫则吃一些藻类。奇虾是当时的海中霸王,吃三叶虫和一些大型的节肢动物。”


有性繁殖促进大爆发


为什么在5.3亿年前澄江境内会发生寒武纪生命大爆发?怎么就会在一时间出现了这么多的生物?生命离不开氧气,首先是氧气的大量出现。据陈爱林介绍,经过海洋藻类几十亿年的光合作用,制造出大量氧气,到寒武纪初期,大气中氧气含量已较高,约为现代氧气的一半;第二也是最重要的,那就是当时在帽天山一带出现了大量的磷,磷是身体组成的核心元素,寒武纪之前地球上是没有磷矿的;另外还有一些决定因素,比如气温升高以及海水达到了一定量。据介绍,此前地球上曾有大约一亿年的冰期,冰雪厚厚包裹着地球,将大部分日光反射回去,地球表面一直在零下50度左右。到了寒武纪时期,冰雪开始消融,地表升温,赤道附近的海水温度达到20度以上,非常适合生命大规模生长,此时细胞、基因的多样性也达到临界点,寒武纪时期生物性别开始分异。


外因是条件,内因才是决定生命大爆发的根本。一般来说,无性繁殖更为简单省力,但有性繁殖的优势是后代多,一次可繁殖成千上万的后代,有性繁殖的另一优势是,增加基因变异量。地球经过几十亿年的演化,到了寒武纪初期生物有性繁殖已经很普遍,这也就使得生命大爆发成为可能。


爆发演化挑战进化论


澄江动物化石群是地球寒武纪早期出现的一次爆发式的生命演化,如果将地球生命历史比作一天的话,那么澄江动物化石群的生命大爆发就犹如一分钟。然而问题是,这种爆发式的生命演化显然与达尔文提出的慢速进化的理论有所冲突,这又该如何解释?甚至在达尔文弥留之际自己也曾说过:“今后如果有人对我的理论进行挑战,很可能是来自寒武纪动物突然大量出现的形式。”达尔文显然知道自己的观点存在难以圆说的地方,这其中是否另有隐情?


陈爱林说:“进化有快速进化和慢速进化,澄江动物化石群反映的是生命过程中非常独特的快速进化。当时达尔文否定快速进化,是挑战神创论。因为爆发式演化就与神创论吻合,于是他就提出了慢速进化,当时有一定道理,但随着科学研究的深入,慢速进化是生命一个重要的过程,但更重要的是快速进化奠定了所有物种的基础,其实两者并不矛盾。”


帽天山抚仙湖原一体


寒武纪生命大爆发后,澄江动物化石群的动物居民们幸福快乐地生活着,但它们不会想到,一场毁灭性的天灾浩劫正悄然而至。从澄江动物化石群出土的一些化石来看,这里的生物似乎是死于一场突如其来的巨大风暴。例如仙湖虫和纳罗虫,它们的胃里充满了未消化的食物,可以设想它们是在享用美餐时非正常死亡;而最明显的是那块著名的“昆明鱼”化石,它呈弯曲状,鱼头向下,鱼尾上翘,鳃囊明显鼓胀,被灌满了大量泥沙,保存死前痛苦挣扎的形状,这表明鱼是被活埋的。


距离帽天山几公里就是抚仙湖,在帽天山进行了20多年研究的陈爱林博士说:“其实最早抚仙湖和帽天山是连成一片的。大约320万年前,由于受到板块挤压,帽天山地层抬升,抚仙湖地层下降,之后形成了抚仙湖。抚仙湖流域为地球保存了一套5亿年历史的特殊地层,为寒武纪生命大爆发提供了重要的证据。”由于抚仙湖和帽天山最早是连为一体的,这也就意味着,从帽天山延伸到抚仙湖里的几十公里的岩层中至今仍存在着寒武纪生命大爆发时期的珍贵化石,随着研究的深入,总有一天这些化石也将浮出水面。


水下生命


云南虫或是人类祖先


云南虫的名气很大,很长一段时间曾被通俗地解读为人类的祖先。对于“云南虫是人类的祖先”的说法,一直从事云南澄江古生物化石研究的侯先光教授并未否定,但也不完全赞同。因为如按这个逻辑继续推的话,比它更往前的还有一条鱼。在澄江动物化石群博物馆的展柜中,记者见到的云南虫化石体长约3厘米,这种虫子通常吃一些水中的微生物,处于生物链的底层。云南虫属于脊索动物,它是所有脊椎动物的祖先。据陈爱林介绍,脊索每一段缠绕着一块骨质,这块骨质就是脊椎。脊椎最早长在脊索外面,但在演化过程中,脊索开始退化,被脊椎所取代。云南虫的脊索变形后可以恢复,这也成为后期生存的一个优势,尽管处于生物链的末端,但它有脑。


奇虾体大却无脑


大自然是公平的,给了一个强大的身体就不会给你一个聪明的大脑。奇虾的情况就是这样,这种在寒武纪初期和中期称霸一时的动物,其身长超过两米,是当时水下最大的动物,口径可达25厘米,能吞噬所有海中生物,处于生物链顶端。奇虾天生没有牙床,在它的口腔内环绕着8排牙齿,牙齿就直接镶在肌肉上,奇虾吃食物的方式很奇特,不是我们常规认识的上下咬颌,而是挤压食物。由于奇虾没有脑,最终在寒武纪后期被鱼类所取代。


天下第一鱼昆明鱼


在博物馆里,记者还见到了最早的脊椎动物——凤娇昆明鱼。记者看到的这条鱼非常“鲜活”,据说它是在自由玩水时被泥沙突然活埋的,鱼呈挣扎状,鳃外露,张得很开,无骨骼,也无鳞片,是一条裸体鱼,凤娇昆明鱼也被称为天下第一鱼。继澄江动物化石群中发现云南虫这种脊索动物后,地质学家又在昆明海口发现了海口鱼(鱼是脊椎动物,比脊索动物更高级)。此后专家们又在昆明海口发现了第二块脊椎动物化石,被命名为昆明鱼,昆明鱼的发现,将促使整个脊椎动物演化史极大地向前推进。


会释放毒素的海绵


另一种叫“海绵”的生物也很特别,它的形态与我们现在熟知的海绵截然不同。“海绵”是生物进化过程中最古老的多细胞动物,能够利用二氧化硅在常温水环境下合成极为丰富的硅质骨骼。它生活在海底,处于生物链末端。但“海绵”有一套独特的防卫本领。当遇到掠食者,它会释放一种毒素,其杀伤力很大,通常会令其他动物昏迷。释放的毒素同时也杀死周围水中的有毒微生物,使周围海水变得洁净,所以“海绵”也扮演着水下“清道夫”的角色。


观点碰撞


发展与保护不矛盾


拿到世界遗产这块金字招牌后,“发展”与“保护”永远是一把绕不开的双刃剑。申遗推手梁永宁认为,如果申遗的动机仅仅是为了经济和旅游的发展,或是为了政绩而去申遗,即使申遗成功也会留下很多隐患。其实对于澄江化石地的保护,世界遗产保护公约中已经很明确,例如采矿的杜绝,土地的蚕食,旅游控制可持续管理等都有一系列明确规定,关键是,是否能得到有效执行。梁永宁关于旅游开发的观点是,宾馆等旅游设施不能建在保护区内,要划定旅游区域,限定游客人数,可将帽天山与抚仙湖设计成一条线。同时在外围新建一个全方位展示寒武纪生命大爆发的博物馆。


科研价值潜力无限


侯先光认为澄江化石地的科学研究价值是无限的,这从获得世界自然遗产称号就已经得到证明。目前在帽天山共发现了200多种生物化石,但对这些化石的认识绝大部分不足50%,可以说没有一种动物的认识是达到100%的,帽天山仍有很多潜在价值亟待发掘。侯先光说,申遗成功后,旅游开发不可避免,但只要管理执行到位,保护与开发并不矛盾。例如在保护区内,在植树造林上一定要避免外来树种,一定要维持它的原生态,哪怕50年后100年后依然保持它原有的样子;在旅游开发方面也要严格限制客流量和路线,细化到卫生间的选址都要慎重,不能破坏到遗址。他还主张,不要在保护区内卖食品,开设小卖部。在澄江重新建造一座高科技、高标准的化石地博物馆很有必要,但在选址上认为无论是建在抚仙湖畔还是建在县城都可行,就是不能建在自然保护区内。


十大历史文化旅游项目进行时


开发科考旅游,打造地质公园


随着澄江化石地申遗成功,必将推动玉溪旅游“二次创业”,助推抚仙湖—星云湖生态建设和旅游改革发展综合试验区建设,打造世界顶级旅游品牌的一张靓丽名片,玉溪市市长高劲松的一番话透露出玉溪市已经对澄江化石地未来的发展有了清晰的思路。


来自玉溪市相关部门的一份初步规划显示,澄江化石地的旅游开发将充分利用世界自然遗产品牌,引入“主题公园”开发建设方式,打造国际知名的古生物科考、科普及休闲旅游胜地,建设成为国际5A级旅游区。将帽天山、遗产文化、抚仙湖有机融合,形成“山水之间现文化、古今贯通晓历史”的鲜明主题。并使之融入昆明石林、楚雄恐龙谷等地质奇观旅游专线。


其中,在面积为1.2平方千米的核心区内,包括特别地质遗址和地质景观保护、地质环境和生态环境保护等。该区主要开展保护和科研活动,只允许经过批准的科研、管理人员进入,严格控制一般的观光旅游游览。在其余的一至三级地质保护区内将根据保护级别设置游览、参观等项目。目前,设想中将建立模拟野外地质科考调查的科考野营区,可开展化石采掘、野营、露宿和野炊等活动项目,主要设立在二级和三级保护区范围内。


地质公园的吃、住、玩、购物、休闲疗养和娱乐等功能区主要以利用县城、抚仙湖及阳宗海等地的大型宾馆、饭店及星级度假村为主。同时,可逐步在地质公园外围建设一定的休闲疗养区和娱乐区,从而满足游客的需求。



春城晚报 秦明豫



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