誰在地球上踩下第一個“腳印”？

 陳哲

日前，在中國三峽埃迪卡拉紀地層，發現距今5.4億多年前動物足跡化石的消息引起國內外關注。化石的發現者是由中國科學院南京地質古生物研究所和美國弗吉尼亞理工大學組成的早期生命研究團隊。

在億萬年前的遠古時期，原始動物在地球上留下了怎樣的活動印記？日前，在中國三峽埃迪卡拉紀地層，發現距今5.4億多年前的動物足跡化石的消息引起國內外關注。化石的發現者是由中國科學院南京地質古生物研究所和美國弗吉尼亞理工大學組成的早期生命研究團隊。

早期生命研究團隊成員、中科院南京地質古生物研究所研究員陳哲告訴《中國科學報》記者：“我們發現的具有附肢的后生動物形成的足跡，代表了地球上最古老的足跡化石。”

埃迪卡拉生物群“困境”

埃迪卡拉紀是多細胞生物演化的早期階段，先后出現了藍田生物群、甕安生物群、廟河生物群和埃迪卡拉生物群，而埃迪卡拉生物群是全球分布最廣、最為典型的化石組合。

埃迪卡拉生物群是寒武紀動物大輻射前夕最重要的復雜生物群，自20世紀40年代在澳大利亞首次發現以來，已經在全世界發現了30多處，但唯獨在中國沒有發現。

我國幾代地質學家一直在努力尋找這一獨特的生物群，終于在2011年的夏天，中科院南京地質古生物研究所早期生命研究團隊在三峽地區發現了埃迪卡拉生物群，陳哲就是當時的發現者之一。

他告訴《中國科學報》記者：“埃迪卡拉生物群雖然在世界上廣泛分布，目前已報道超過了200種，但其生物屬性和親緣關系一直爭議很大。”

多數學者認為，埃迪卡拉生物群是后生動物的早期代表，而有不同觀點認為它們可能屬于真菌、地衣、原生生物，甚至有些學者認為它們與現生的生物截然不同，是一次失敗的演化實驗，稱之為“文德生物”。

這讓埃迪卡拉生物群陷入“困境”。陳哲解釋道，埃迪卡拉生物具有“分形”的特征，并非真正身體分節；絕大多數為底棲固著生長，缺少主動活動能力，沒有頭、尾、附肢、眼、口等其他兩側對稱后生動物的特征。“這些生物至寒武紀幾乎全部滅絕，在現生的門類中很難找到相似的生物。”

來自遺跡化石的線索

在寒武紀開始的2000多萬年間，幾乎大部分現生動物的門類已經出現，而在早期更為古老的地層中，長期以來沒有找到其明顯確切的祖先化石，似乎這些生物在寒武紀開始突然出現，稱之為寒武紀生物大爆發。

而分子生物學證據顯示這些生物門類出現的時間更早，兩側后生動物應該在埃迪卡紀就已出現。陳哲遺憾地說：“但是我們缺乏可靠的化石證據。”

目前，關于埃迪卡拉生物群研究的另一條古生物學線索，來自遺跡化石。

這里的遺跡化石是指地質歷史時期的生物，在沉積物表面或沉積物內部產生的各種生命活動記錄，也就是生物成因的沉積構造，包括足跡、移跡、潛穴、鉆孔和糞化石等。

“遺跡化石與實體化石相比，它們的埋藏環境各有偏好。在埃迪卡拉紀由于生物多為軟軀體，所以遺跡更容易保存為化石。”陳哲說，遺跡化石一方面可以提供生物體的體型特征，另一方面可以提供生物的行為學特征，這點在前寒武紀化石的研究中尤為重要。

陳哲說：“現生的動物門類繁多，我們見到的多數都是兩側對稱的后生動物。而生物兩側對稱的體制產生，是生物演化中非常重要的事件。”

兩側對稱的體制即使動物形成了兩側對稱——形成背腹、前后和左右之分，動物的運動從不定向趨向定向；神經系統和感覺器官也逐漸集中于身體前端，這些變化促進了動物頭部化的產生；促進生物分節，為更高演化等級奠定了基礎，使得動物對外界環境的反應更加迅速、準確。

早期生命研究團隊開展此研究的目的就是探尋兩側對稱動物的早期祖先，確定動物何時擁有了兩側對稱的體型。

尋找造跡生物化石

一般的埃迪卡拉紀遺跡化石個體較小，以形態簡單、不具有分支的平行層面的爬跡或潛穴為特征，主要由一些類似蠕蟲類的軟軀體生物形成。

“我們團隊在三峽霧河地區長期進行埃迪卡拉生物群化石的挖掘工作，采集了大量的實體化石，同時也收集了豐富的遺跡化石。”陳哲回憶道，“2013年，我們發現了一塊較好的遺跡化石，最大寬度近2厘米，個體較大，形態較為復雜。”

早期生命研究團隊的化石點位于宜昌市三斗坪霧河村，這里埃迪卡拉紀地層分布廣泛。陳哲說：“遺跡化石采集于燈影組石板灘段的灰巖中，與埃迪卡拉化石共生。”他還指出，霧河的化石具有V字形的序列，可見生物具有分化的附肢，而每個序列中的不同位置的凹坑，代表不同的附肢。

陳哲以節肢動物蟑螂為例，講述了動物如何形成這些足跡。“蟑螂一側兩條腿和另一側的一條腿形成三點支撐，其余附肢前移，交替前進，因此節肢動物的運動就形成一些形態特別的行跡。”

早期生命研究團隊認為，三峽足跡的造跡生物可能是節肢動物或環節動物，而之前報道最早的具有附肢的動物的化石記錄為寒武紀早期的遺跡化石。陳哲說：“我們的化石將這個記錄提前到了埃迪卡拉紀。”

目前，三峽地區發現的化石是已知最古老的足跡，早期生命研究團隊就此推斷造跡生物可能是節肢動物、環節動物，或是它們的祖先，表明具有附肢的兩側對稱后生動物在埃迪卡拉紀已出現，拉開了寒武紀大爆發的序幕。陳哲表示：“下一步，我們希望能早日發現實體化石。”