新发现:为进化论提供佐证
陈均远介绍说,150多年来,达尔文本人及其追随者们一直被一个问题困扰:为什么三叶虫等复杂生命没有达尔文所预测的演化过程,而突然在寒武纪地层中出现?是进化论错了,还是人类没有发现的多细胞生物化石?这问题也是神创论和进化论争论的焦点。
20世纪80年代澄江动物群的发现并没有解决达尔文及他身后一百多年的困惑:大量的三叶虫突然出现,为何在更早的地层中没有化石的记录,这与演化理论有矛盾。澄江动物群的发现显示似乎为神创论者提供了依据:化石研究并没有找到多细胞动物,特别是两侧对称动物的化石,包括脊椎动物在内的各个重要类群似乎是在寒武纪早期突然出现的。人们把它称为“寒武纪大爆发”,这使当初困惑达尔文的问题变得更复杂了。
寒武纪之前是否有复杂生命存在――这是解决争论的关键。1998年,陈均远团队和以肖书海、张昀为首的两个研究小组同时发现了瓮安动物化石群,把多细胞动物的出现推到了5.8亿年前,比寒武纪早4000万年,比澄江动物群早5000万年。但其中还有一个关键:瓮安化石群中是否出现了两侧对称动物。
两侧对称动物为什么这么重要?陈均远介绍说,两侧对称动物是多细胞动物的高级发展阶段,蜘蛛、恐龙等包括人在内的高等动物都是两侧对称动物。如果能够判明它们是否存在,并进一步判断它们处在什么阶段的话,对了解早期生命发展是很大的进展。
陈均远说:“此次胚胎化石研究成果更确定了它们与现代生物的亲缘性,不仅进一步证明了两侧对称动物的出现,也暗示它们已经进一步分化为辐射和螺旋卵裂两大类群,螺旋卵裂胚胎不对称机制和细胞早期分化的机制可能已经开始。这一发现把以极叶伸缩方式导致胚胎不对称形成的机制前推到寒武纪之前4000万年。也是从这一刻开始,动物多样性出现了。”
新方法:开拓化石研究新领域
冼鼎昌把同步辐射方法形象地比喻作“给化石照‘X光’像”。这是首次把物理同步辐射相衬成像方法引入化石内部的三维无损研究中,冼鼎昌说:“1999年我们的合作就开始了,现在终于看到了成果。”瓮安胚胎化石绝大部分研究远比恐龙等成体化石研究难得多,胚胎的直径还不足1毫米,成体化石发现很少,大部分当时生命的信息包含在胚胎化石中。“以前对胚胎化石的研究主要有两种方法,一是用电子显微镜扫描,不过这种方法只能还原胚胎的外部结构。要想了解胚胎的内部结构,只能把化石切片再用显微镜观察。这种方法不但破坏了内部结构,而且切片时的不定向和随机性也干扰了还原后的准确性。”冼鼎昌介绍说:“在胚胎化石的研究中同步辐射的这种成像方法有不可比拟的优势。”
同步辐射就是电子作曲线运动时放出的强电磁辐射,它能穿透化石的石壁,同步辐射相衬成像把亚毫米大小的胚胎内部结构拍得一清二楚。而且同步辐射的分辨率很高,能给胚胎化石作出高精度的三维成像。“就像医院给病人照CT,只不过因为光源强度更大、质量更好,照出的像的分辨率和衬度更好而已。”冼鼎昌解释说。
在胚胎化石的研究过程中,同步辐射相位衬度成像方法起到了关键作用。利用这种方法不仅清晰地描述了胚胎的内部结构,还准确地测量出卵裂时各裂球的体积,为胚胎化石与现代生物的亲缘性证明提供了精确的数据。国内外有关专家都认为,古生物学家和同步辐射学家的联合开启了一个新的研究领域。
然而美中不足的是,这个方法虽然是冼鼎昌提出的,可不得不在国外的同步辐射装置上实现。冼鼎昌说,国内同步辐射装置条件有限,光源强度不够,最后不得不求助于欧洲同行。这无疑成为了这位同步辐射应用高能物理专家的心结。冼鼎昌说,这是一个中国科学家有可能独领风骚的新领域,但高能所同步辐射装置不是专为同步辐射应用建造的,光强和质量受到限制,改建规划已经基本完成,要做修改工程量太大。他建议在建的上海光源应专为古生物学设一条同步辐射光束线和相应的实验站,他说:“上帝厚爱中国,把独一无二的前寒武纪生动物化石留在瓮安,我们不能辜负上帝的厚爱,坐失时机。”
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