寒武纪海洋食物链的顶端捕食者——奇虾
2017-07-21 10:08:19   来源:化石网   评论:0 点击:

奇虾复原图,南京地质古生物研究所杨定华绘图奇虾化石 南京地质古生物研究所供图(化石网报道)据科学网(张文静):它出现在5 3亿年前的寒武纪,拥有一对乒乓球大小的眼睛、一双布满刺的大螯、一个巨大的尾扇和


奇虾复原图,南京地质古生物研究所杨定华绘图



奇虾化石 南京地质古生物研究所供图
 
(化石网报道)据科学网(张文静):它出现在5.3亿年前的寒武纪,拥有一对乒乓球大小的眼睛、一双布满刺的大螯、一个巨大的尾扇和一张形如碗口的利牙大嘴,是当时海洋食物链的顶端捕食者,称霸指数五颗星,后来出现的地球霸主恐龙在它面前也只能算是晚辈。它就是奇虾。

几亿年过去,桑海沧田,日月轮转,那些曾经自由自在地生活在海洋中的奇虾,早已被埋在地层里,变成了化石。上世纪90年代,中国科学家在云南澄江动物化石群发现了迄今为止保存最为完整的奇虾化石。如今,这几块奇虾化石静静地躺在中国科学院南京地质古生物研究所(以下简称南古所)的标本馆中,从那黄橙色的页岩片上,人们仍能感受到奇虾那份往日的霸气。

“奇怪的虾”

奇虾这个名字,其实缘于一场误会。

100多年前,人们在加拿大龙王盾壳三叶虫层位发现了一块化石。这块化石十分古怪,它形似虾,但没有头,腹部有刺。1892年,加拿大古生物学家惠特魏将这只长相奇怪的远古动物描述为一个没有脑袋、形似虾的节肢动物体躯,其腹部的刺被认为是“虾”的附肢。因为看似一只“奇怪的虾”,所以这个动物被称为奇虾。这就是世界上发现化石的第一件奇虾化石标本。

后来,又有一些奇虾化石相继被发现。化石上动物的长相依然奇怪,有的头部具有硕大的觅食附肢,被认为是一种节肢动物;有的具有一个环状构造,中心的开口被32个骨片围绕,被认为是水母类生物体。

直到上世纪90年代,中国科学家在云南澄江动物化石群发现了三块完整的奇虾化石,人们才恍然大悟,原来此前被发现的那些化石,都只是奇虾不同的身体部位,这些身体部分被当作了不同的动物。从这三块化石开始,人们才得以见到奇虾真正的样子。

澄江动物化石群位于云南澄江帽天山附近,是保存完整的寒武纪早期古生物化石群。1984年7月1日,南古所的侯先光在帽天山用榔头敲出了纳罗虫、腮虾虫和尖峰虫化石,也敲开了一扇古生物宝藏的大门。在这里,中外古生物学家发现了远古时代的17个生物类别近100多个属种。其中,就包括奇虾。

1987年,南古所研究员陈均远来到澄江参与化石挖掘工作。1992年,帽天山北坡修筑公路,推土机推出了一个巨大的断面。陈均远的助手周桂琴在这里发现了一块奇虾化石。当时这块化石只有前附肢的末端露了出来,周桂琴在野外当场就修理起来。渐渐地,完整的一对奇虾前附肢和头部显露出来。

看到这块奇虾化石,陈均远当时的博士研究生朱茂炎研究员突然想起,在南京的办公室还存放着一块从澄江运回的化石,这块化石当时无从判断,于是就先放置一旁了。朱茂炎赶紧找出了这块化石进行修理,没多久就修出了一只40多厘米长的奇虾来,它有着一对威风凛凛的巨大前肢、一对长长的尾叉和美丽的大尾扇,两眼、牙齿、前肢上的刺都清清楚楚。它至今仍然是世界上最完整的奇虾化石。

1999年11月1日,一套4枚的中国科技成果特种邮票在全国公开发行,其中第一枚邮票就是这块奇虾化石。

“最早的海怪”

发现完整的奇虾化石之后,陈均远等古生物学家对其进行了深入的研究。奇虾虽然也叫“虾”,但实际上它和现代的虾没有任何亲缘关系。奇虾是已知最庞大的寒武纪动物,那时澄江动物群所在地区还是一片海洋。奇虾的成年个体最大可达2米以上,要知道当时其他大多数动物平均只有几毫米到几厘米大小。也可能正是因为块头太大,保存下来的奇虾化石大多是碎片式的,要组合以后才能完全看出来,这也导致了上文所讲的误会。

1995年,陈均远等人将对这块奇虾化石的相关研究成果发表在《科学》杂志上。紧接着,美国《科学新闻》杂志将这块化石及其研究成果作为封面文章来报道。当时,陈均远应邀参加瑞典国王科拉福特奖(Craford prize)颁奖大会并在大会作报告。《科学新闻》杂志的编辑部特地找到他要了一张为大会报告作准备的奇虾复原图,作为杂志的封面图片,发表了封面文章,他们把奇虾形容为“最早的海怪”。

完整奇虾化石的发现,在世界上引起了强烈的反响。陈均远回忆说,当时连瑞典省一级的报纸都在转载报道这个发现。

后来,国内外古生物学家在中国、美国、加拿大、波兰、澳大利亚等国家找到了不少奇虾化石,发现了十多个奇虾类型。在他们的努力下,5.3亿年前那只凶猛的海洋霸主的面目逐渐清晰完整起来。

奇虾有一对带柄的巨眼,还有一对分节的用于快速捕捉猎物的巨型前肢、美丽的大尾扇和一对长长的尾叉。它不善于行走,但能快速游泳。奇虾还有一张圆形大口,里面像齿轮一样分布着锋利牙齿,可谓“牙口好,吃嘛嘛香”,排泄物都有鸽子蛋那么大。古生物学家曾在奇虾的“便便”里发现了三叶虫坚硬无比的碎壳,可见其胃口之好。

前几年,南古所研究员黄迪颖发现了两个新品种的奇虾,它们爪子上的节数更多,弹性更好,同时爪节上的倒刺也很有特点。这类奇虾的爪子是网状的,有的刺很长。黄迪颖推测,这些刺形成了一个网,凡是从奇虾身边经过的动物,都逃不出这个大网。

这样凶悍的特性使得奇虾毫无疑问地位居当时海洋食物链的顶端,但它们也终究没能逃脱灭绝的命运,至今发现最晚的奇虾出现在4.4亿多年前。奇虾是怎么灭绝的?这到现在还是个谜。陈均远说,可能后来出现了比奇虾捕食能力更强的动物,它就慢慢地消失了。

寒武纪生命大爆发与“达尔文之惑”

“奇虾的发现使我们知道,寒武纪生命大爆发时,不仅那么多种动物一下子都出现了,而且金字塔型复杂的食物链系统也已经开始形成了。奇虾很凶猛,能把很硬的三叶虫夹碎,说明‘大鱼吃小鱼’般的生态格局已经形成。”提到完整奇虾化石的科学意义,陈均远说道,“地球的生态系统是金字塔型的,分成不同等级的食物链,这样一个复杂的食物链系统到底是何时开始出现的?这是个非常重要的问题。”

陈均远还认为,尽管奇虾在演化长河中早已湮灭,地球生态系的霸主几经更迭,但奇虾对推动最早生态系的攻防之战,进而诱发寒武纪生命多样性大爆发立下卓越的历史“功勋”。

虽然地球生命的雏形可追溯到40亿年前,但前35亿年都消磨在了单细胞生命上。直到5.3亿年前,神奇的寒武纪生命大爆发出现了。今天地球上90%以上的动物门类,都在那短短几百万年里相继起源、出现,节肢、腕足、蠕形、海绵、脊索动物等一系列与现代动物形态基本相同的动物“集体亮相”,形成多种门类动物同时存在的繁荣景象。

“更重要的是,寒武纪生命大爆发的现象引起了关于世界文明如何发展的争议,也就是进化论到底对不对的问题。”陈均远说。

1859年,达尔文完成《物种起源》时,认为自己几乎解释了有关进化的所有问题,只有一个问题一直很费解,那就是5.4亿年前至5.3亿年前古生代之初的寒武纪生命大爆发现象——许多动物突然出现在化石记录中,在早期的岩层中却没有明显的祖先,这个问题也由此被称为“达尔文之惑”。

达尔文之后,有许多科学假说试图对此进行解析。有观点认为,进化论没办法解释,只能解释为上帝或者超自然力量的作用。另有观点则认为,寒武爆发是一种假象,由于进化是渐进的,所谓的“爆发”只是表明首次在生物化石记录中发现了这些生物,它们可能早在寒武纪之前就已经广泛存在并发展了,只是可能由于地质记录的不完全而“缺档”。

在完整的奇虾化石发现之后,无论是美国加州大学伯克利分校、华盛顿大学等高校的科学家,还是神创论持有者,都积极邀请陈均远去作报告。神创论观点的持有者认为,陈均远等人对奇虾化石等寒武纪生命大爆发证据的发现,为神创论提供了新的依据。“当时我在美国也受神学领域的欢迎,应邀到神学院做关于寒武纪大爆发的报告,神学院院长还专门准备了大蛋糕举行了欢迎大会。”陈均远笑着说,“我这才意识到,我们做了这么多工作,转了一圈到头来变成射向科学进化论的炮弹。这就是后来我为什么将研究转向更加古老瓮安动物群发现与研究的原因。”

如今,已近80岁的陈均远依然在对澄江动物化石群进行研究。他想弄清楚,在澄江那片黄绿色粉砂质页岩中,数量如此庞大的软躯干化石是如何保存下来的,因为至今仍是一个未解之谜。“这必须要用跨学科的综合性视角来看待和研究。”陈均远说,他的研究工作已经取得了一些成果,但现在还未发表出来。

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