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“人的本质就是一条鱼”——记中国科学院院士舒德干

发布时间:2022-06-22 来源:西部大开发杂志 人气:
   
  如果用一句话形容舒德干的科研事业,那就是:冷门研究爆出了一颗颗充盈着生命温度的“热炸弹”。
 
  中国学者在中国土地上发现的“云南虫”“华夏鳗”“西大动物”“昆明鱼”“海口鱼”“长江海鞘”等一系列具有原始生命性状的半索动物、头索动物、脊椎动物、尾索动物早期生命化石,首次勾勒出脊椎动物实证起源演化的基本轮廓,在基础科学的研究中取得了世界一流的成果,留下了中国人的名字。
 
  在古生物领域,这样的成果,震古烁今,独一无二。
 
  现代科学证明,人类的近祖是数百万年前的非洲古猿,而这种智能脊椎动物的祖先到底是谁?又是如何从无脊椎动物进化来的?
 
  两千多年前,古希腊哲学家柏拉图提出了人类的“终极命题”:“我是谁?我从哪里来?我到哪里去?”达尔文以《物种起源》和《人类由来》两部巨著改变了全人类的自然观和世界观,同时也留给后人一些重大难题。
 
  用千百年的时间,去探索亿万年前的真相,谈何容易!
 
  达尔文:困惑与遗憾
 
  《物种起源》揭示了地球上的生命作为一个整体,其本质就是在自然选择的推动下,最终形成一棵生命谱系树。这棵树上的所有生命,或近或远,都存在亲缘关系。在这部划时代的著作里,达尔文首次描绘出了生命由简单到复杂、由低级向高级发展的进化规律,认为世界上存在的各式各样的生物,都是由共同的祖先进化而来,因而表现出一致性。该学说认为生物个体都是在一定的生存环境下发生变异的,那些具有有利变异的个体,能更好地适应环境存活下来,并繁殖后代;那些不具有有利变异的个体,则适应不了环境,就逐渐被淘汰,即“适者生存”。同时,这种演变又是缓慢的,渐变的。诺贝尔奖得主普利戈金曾经说过:“放眼向宇宙各个方向、各个层次、各种物质去看一看,发现的只有两个字‘演化’或者‘进化’,所以,进化被称为整个宇宙的第一原理”。从这个角度来说,达尔文应该是思想史上第一伟大的人物。
 
  但是,在探寻生物演化的过程中,令达尔文当年倍感困惑的谜题就是进化论缺少“演化过渡类群”证据的支持。地球在40亿年前就出现了生命,由于始终没能找到这些生物的化石,也就无法确切知道在其后的30多亿年里还存在过哪些生命。因此,寻找真实的化石证据就成了达尔文留给后人的一项任务。此外,不能佐证达尔文进化论的是,当时没有发现寒武纪以前富含化石的巨厚地层。因此,《物种起源》中提到:“至于为什么在最早的寒武纪以前的时期里没有找到富含化石的沉积物,暂且无法给予圆满的答复。”“寒武纪大爆发”究竟是否存在?突发机制是什么?成为一个疑团。
 
  所有这些,都让达尔文困惑不已,也让进化生物学家伤透脑筋,甚至受到神创论者的抨击。
 
  破解这些难题,就成为达尔文的后继者们最想攻克的堡垒。
 
  舒德干:实证与探索
 
  破解寒武纪大爆发世界难题
 
  1984年7月,南京地质古生物研究所侯先光研究员在云南澄江县帽天山发现了第一块早寒武世动物化石长尾纳罗虫。这次偶然的发现,使澄江动物群让全世界为之瞩目,被国际学术界称为“二十世纪最惊人的科学发现之一”。澄江动物化石群让沉睡了5.3亿年的寒武纪生物世界,首次以较完整的姿态展现在了世人面前。
 
  舒德干以学者的睿智和常年实地考察的经验积累,敏锐地感觉到:震撼世界的科研成果将从这里诞生!
 
  寒武纪生命大爆发在不到地球生命发展史百分之一的瞬间,创生了百分之九十以上的动物门类,奠定了动物类型多样性的基本框架。这一生物创生事件产生的谜团一直是学术前沿的热点。
 
  回溯历史,他清楚地看到:1909年,科学家们在加拿大发现了处于寒武纪中期、距今约5.15亿年的布尔吉斯页岩化石群;1947年,又在澳大利亚发现了著名的埃迪卡拉生物群,属前寒武纪晚期,距今约5.6亿年。而中国澄江动物化石群比加拿大布尔吉斯页岩化石群还要早0.15亿年,并且十分珍稀地保存了生物的软体构造。澄江的化石有一个特点,由于当时掩埋得特别快,细菌都还来不及腐烂,所以许多动物的软躯体就保留下来了,鼻子、眼睛、肠子都有,这种软躯体化石上面的生物学信息首次栩栩如生地再现了远古海洋生命的壮丽景观和现生动物的原始特征。经初步考察,现已描述的澄江动物群化石共有120余种,分属海绵动物、腔肠动物、叶足动物、腕足动物、软体动物、节肢动物、棘皮动物和脊索动物等10多个动物门以及一些分类位置不明的奇异类群。所展示的生物门类之广、数量之多、形状之奇、保存之好,在世界上首次揭示了 “寒武纪大爆发”的整体轮廓,堪称独一无二。
 
  澄江动物化石群能将绝大多数现存动物门类的演化历史追溯到寒武纪开始,可谓解开“寒武纪大爆发”之谜的一把钥匙。那么,谜底究竟如何呢?
 
  舒德干带领团队踏上了解谜之旅。在酸蚀法、显微电镜、显微CT等技术手段的帮助下,他们与5亿多年前的生命体开展了一场场饶有兴致的“远古对话”。
 
  澄江动物群是寒武纪早期的动物化石群,寒武纪开始于5.4亿年前,结束于4.9亿年前,是生命演化过程中一个非常关键的地史时期。
 
  大约5.3亿年前的早寒武世时期,绝大多数无脊椎动物门在几百万年的短时间内出现了。这种几乎“同时”地、“突然”地出现在寒武纪地层中门类众多的无脊椎动物化石,在寒武纪之前更为古老的地层中长期以来却找不到动物化石的现象,被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”。
 
  通过对现代100多万种动物的研究,生物学家发现动物按照由低等到高等的顺序可以分为三个群体——基础动物亚界、原口动物亚界和后口动物亚界。最低等的叫基础动物,它们口和肛门是合一,从口里吃进去的食物经过短短的消化后,再从口里排泄出来,其新陈代谢水平非常低。原口动物亚界的动物的构造相比前者就复杂多了,它们前面有口,后面有肛门,中间还有消化道,其新陈代谢的效率较高。至于后口动物,它们的构造与原口动物差不多,不过在胚胎发育过程中出现了口和肛门颠倒这一怪现象,使得原来的原口变成了后口或者是新口。
 
  舒德干说,我们从1984年工作到1994年,有一个很重要的发现:在5.2亿年前,三个亚界都发现了,可以说是一百多年来整个生物界和古生物学界一个重大的进展。因为在此之前,普遍认为寒武纪的时候东西很少,就是三叶虫,但其实三叶虫只是中间5%的成分。1995年,我们在Nature和Science杂志上发表了十篇文章,报道了过去大家都不知道的六个门类,其中五个是现在后口动物亚界门类的祖先,还有一个灭绝了。
 
  经过深入细致的研究,舒德干团队认为这三个亚界是分三个阶段逐步形成的,由此提出了“三幕式寒武纪大爆发”假说:在寒武纪大爆发中,动物不是同时演变出来的,而是由量变到质变,经过三步才创造出了地球上的动物界。新假说揭示了动物界在4000万年的时间里,从双胚层到三胚层,再到口肛倒转、新陈代谢系统不断升级的演化过程,反映了寒武纪大爆发过程的连续性和阶段性,揭示了令达尔文倍感困惑的寒武纪大爆发事件的本质内涵。这些成果,逐渐清晰地勾勒出寒武纪生命大爆发时的生命动态景观。
 
  该假说及其系列性化石研究成果“澄江动物群与寒武纪大爆发”荣获2003年度国家自然科学奖一等奖。这是该年度国家科技奖励唯一一个自然科学奖一等奖,也是陕西省所获得的第一个自然科学奖一等奖。
 
    逮住“天下第一鱼”
 
  在初始阶段,舒德干团队在原口动物的研究上取得了较好的成果,揭示出了众多动物类型。但后口动物的最底端到底为何物?又演化为何种最原始的脊椎动物,直到最后进化成最顶端的猿和人类呢?
 
  转机出现在“寒武纪大爆发国际学术讨论会”,并由此开启了对云南虫、古虫等一系列后口动物谱系的研究。
 
  在后口动物类群中,舒德干团队发现了早期鱼类化石昆明鱼、海口鱼、钟健鱼,并提出它们不仅是已知最早、而且也应该是最原始的脊椎动物(即有头类)。显而易见的是,海口鱼的“前位”大眼睛、嗅囊以及类似于听囊的构造,证明它已经步入了有头类的进化轨迹,很可能代表着由无头类向鱼类骨干谱系演化的一种过渡类型;同时,海口鱼又清晰地保留有其祖先类型无头类的多对“重复型”生殖腺。海口鱼的这一混合性状表明,这一已知最古老脊椎动物独特的镶嵌构造特征,很可能恰好代表着进化科学界期盼已久的由无头类进化到有头类的一个关键环节。舒德干团队的研究证明,从胚胎学来看,所有生命在早期都是一条鱼的形态,无论其身体构造是复杂还是简单。人也一样,人的本质就是一条鱼。
 
  1999年,昆明鱼、海口鱼的发现将已知最古老脊椎动物记录前推了约五千万年,被英国权威期刊《自然》杂志高调地用了5页版面对这项研究进行了报道,评述为“逮住天下第一鱼”。同年,舒德干的研究成果被评为该年度中国十大科技进展、中国基础研究十大新闻、中国高校十大科技进展。随后,他们又陆续发现了更多的几百块鱼的标本,都是三分体结构:前面有头,中间有躯干,肛门后面是专门负责运动的尾巴。脊椎既像文昌鱼,有低等动物的脊索,又有高等动物的一节一节的脊椎构造,这是典型的过渡类型,就像始祖鸟一样,一半像恐龙,一半像鸟类,和人类胚胎中脊椎的早期形态完全一致,是人类祖先的祖先的祖先才有的构造,即人类是由鱼逐步演化而来的。这一结论,得到了国际和国内学术界的普遍认同。2011年,舒德干当选中国科学院院士。
 
  在此基础上,舒德干发现了最古老的人类远祖:冠状皱囊动物。这种成体仅1毫米的微型动物,是迄今为止发现最古老的原始后口动物,被认为代表着显生宙最早期的微型人类远祖至亲。这一发现,将对人类早期祖先的认知,由距今5.2亿年前推至十分接近显生宙始点(5.4亿年前)的5.35亿年前,其体积也由“厘米级”推至“毫米级”。2017年2月9日,《Nature》杂志以封面亮点论文的形式刊发了研究文章,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”。
 
       作者简介

  舒德干,进化古生物学家,湖北鄂州人,1946年2月生于湖南湘潭。1969年毕业于北京大学,1981年获西北大学硕士学位,1987年获中国地质大学(北京)博士学位,现任西北大学教授、博导,西北大学早期生命研究所所长。德国洪堡博士后;长江学者;2011年当选中国科学院院士。 主持翻译《物种起源》并撰写长篇“导读”;在早期生命研究上取得系统性突破成果:在《自然》《科学》发表十余篇论文;发现的昆明鱼目被西方学者誉为“天下第一鱼”,并代表着人类及整个脊椎动物大家族的始祖;创建一个绝灭门类(古虫动物门),提出后口动物亚界演化成型和脊椎动物实证起源假说,并基此提出三幕式寒武纪大爆发理论。成果被录入多国教材、百科全书、科学辞典。 
责任编辑:刘玉

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