“真正伟大的科学家会为整个人类带来思想上的巨大突破,就像达尔文通过一次环球航行而颠覆了神创造生命的理论。”西北大学早期生命研究所教授舒德干认为。这位一直视达尔文为自己精神导师的科学家,曾两次主持重译《物种起源》,“如今,它已经有多个中文译本。”

中国科技人员从自然科学层面上对达尔文的接受,并没有经历如西方那样的“戏剧化”历程,进化论很自然地随着现代科学在中国的建立与发展,进入科学家的视野和研究实践当中。

“通过一代又一代科学家的奋斗,尤其是改革开放30年来,中国已经成为世界地质古生物学研究领域中重要一极,在很多方面甚至走在最前列。”在前不久庆祝中国古生物学会成立80周年之际,学会秘书长、中国科学院南京地质古生物研究所所长杨群表示。

天下“第一鱼”

每一年,舒德干教授都要去离云南省会昆明市东南50公里远的澄江县。1984年,这一被众多古生物学家视作“圣地”的化石宝库开始被大规模科考开采,一个个补充、完善乃至挑战达尔文进化论的“爆炸性”新闻由此爆发……

1990年,留学在外的舒德干回到祖国。几年后,他与合作伙伴在一块6厘米见方的石块上发现了一个长不足2厘米、宽半厘米、模糊得几乎无法辨认的鱼状印迹。就是这后来被命名为“昆明鱼”、被誉为“天下第一鱼”的化石,却是包括人类在内的所有脊椎动物的“老祖宗”(被证明是人类所发现的最古老的脊椎动物)。

不久,他们又发现了“海口鱼”,它与“昆明鱼”一道,将脊椎动物的起源向前推进了5000万年。这一成果被中国524位中国科学院和工程院两院院士评选为“1999年中国十大科技进展”。

地球上的动物包括脊椎动物和无脊椎动物两大类群,进化生物学必须回答的一大命题就是:无脊椎动物到底是如何演化过渡到脊椎动物的?“国际学术界已经普遍认同‘天下第一鱼’是最古老最原始的脊椎动物,剩下的问题是,究竟是哪些无脊椎动物构成了通向‘天下第一鱼’的阶梯?”舒教授说。

找化石证据曾让使达尔文非常头痛,自然界好像在“故意”藏匿。“达尔文进化论所面临的一个难题是,既然物种是逐渐演变而来的,那为何在世界上我们不能见到中间过渡的演化类型呢?因此,达尔文虽然在理论上描述了整个演化进程,但是由于缺乏证据而备受攻击。”舒德干认为,“昆明鱼”是生物进化史上的一个更早的过渡阶段,它是从无脊椎动物向有脊椎动物的过渡,从无头到有头的一个过渡;“由于它开始演化出最原始的脊椎骨和极为简单的小头颅,所以,合乎逻辑的解释是,‘天下第一鱼’应该代表着我们人类最初萌生脊椎骨和头颅雏形的远古源头。”说明这一推断的这篇论文在当年权威杂志《自然》上以“Article”形式发表。

“从原始真细菌到人类的演化过程中先后出现了人类的39‘代’祖先,而‘昆明鱼’是最接近第18代的祖先。”著名生物学家与科普作家、英国皇家科学院院士与牛津大学教授克林顿·理查德·道金斯(Clinton Richard Dawkins)评价道。

舒教授已连续在《自然》杂志上发表了多篇重磅论文,勾勒出一幅5亿3千万年生动的古生物画面,尤其是解释了高等动物门类起源研究中的许多重大悬案,为重新评价“寒武纪生命大爆发”(Cambrian Explosion)的本质属性及规模提供了令人信服的证据。

寒武纪“生命大爆发”

“寒武纪生命大爆发”现象一直是让达尔文想不明白的一桩“悬案”。

生物在地球上已存在40亿年了,但35亿年都消磨在了单细胞“低等”生命的水平上。直到5. 3亿年前的“寒武纪”时期,仿佛是“一瞬间”——“轰”地一下,绝大部分仅次于“界”以下的最大生物分类单位——“门”一级动物的早期雏形突然“大爆炸”般地在地球上出现了。

所谓“一瞬间”的过程实际上是200万年左右,但相对于地球生物史,这就好像是1天里的l分钟,众多从未在地球上露过面的动物一下子出现在海洋里,古生物学界找不到比“爆发”(explosion)更合适的词儿来形容这种突然性:它们形态各异,从只有几毫米的微型动物,到长达2米、长着带柄巨眼和恐怖粗爪的大型怪物,几乎涵盖了所有的现有动物门类,这意味着,如今地球上所有一切天上飞的、地下跑的、海里游的动物的祖先,差不多都在那个时代出现了。包括人类在内的大量多细胞动物很可能就是从这里起跑,启动了各自的演化史。

从这儿以后,古生物化石记录才开始变得“显而易见”了(化石明显大量出现)。如今,地球上上千万种生物归纳起来总共才30多个“门”,而在舒德干等专家驻足的澄江,其化石中已经被发现了20多个门一级系统(还不包括一些现在已经绝灭了的),而且还在不断发现新的动物门。

其实,澄江的地质古生物研究已有整整百年的历史。早在1909年和1910年,法国科学家就详细研究了此地区的地质和古生物,并出版了研究专著。上世纪50年代初以后,国内外学者、科研教学单位更是在这里展开了大量研究工作。但直到80年代,一位35岁的年轻研究人员——侯先光幸运地拿到了打开惊天大秘密的“钥匙”。

1984年7月1日在帽天山,侯先光和一位雇来帮忙的村民正冒雨进行着“枯燥的工作”——席地而坐,坐累了跪,跪累了就蹲……同往日一样,村民刨石头,侯则劈石头寻找化石:下午3点时分,一个栩栩如生的软体动物化石现于眼前:它保存完整,长4到5厘米 ,身体由前、后两个背壳组成,向前摆动的腿肢对称分布。

“激动和兴奋却让疲惫的我一夜未眠,不时拿着化石看了一遍又一遍。”侯先光回忆说,“这也‘歪打正着’地改变了我的研究方向。”

如同王子唤醒睡美人,在帽天山的岩层中,侯先光“叫醒”了已沉睡了5亿多年的古生物化石群,一系列发现为揭示早期生命演化“寒武纪大爆发”的奥秘提供了极其珍贵的佐证。

此后20余载,澄江被发现的化石数以万计,现在已发现并描述的化石有120多种,分属10多个动物门类,几乎所有的现生生物在寒武纪开始后都能在此找到它们的“祖先”,成为目前世界上绝无仅有的一处大规模远古生物化石库。20多年里,中国科学家通过澄江动物群化石的发现和研究,在世界上首次揭示了“寒武纪大爆发”的整体轮廓,证实几乎所有的动物祖先都曾经站在同一起跑线上。

而按照达尔文进化学说,繁多的物种是类似于从一到二、从二到四这样循序渐进、缓慢演变出来的,像一位画家,起笔的是初级系统,先从枝节开始,进行详细的素描,如同勾勒一个人,先描好眼睛,再画好鼻子,把每一个点面完善到最佳。但在寒武纪早期距今约5.3亿年短短不到200万年的时间里,情况恰恰相反,从小壳动物群到澄江动物群,几乎是“突然”、“同时”出现的,“动物世界的形成是从高级系统先开始诞生的,好比一个画家最先勾出的是一个人的大体轮廓,然后才是慢慢地细节描写,这是两个相反的演绎过程。”中国科学院南京地质古生物所研究员陈均远说。

在澄江动物群的研究中,一些历经数亿年模样没有什么变化的生物,也格外引起了陈研究员的关注。“为什么这些生物不太变化,如此‘保守’?”他希望能够通过分子生物学等的研究,分析其遗传密码,揭开它们的奇异之处。“破解这些长寿生物基因的谜团,对于人类的疾病和寿命的研究将大有裨益。”

名为“澄江动物群与寒武纪大爆发”的科研项目,被认为是“对达尔文进化论的重要发展”。《纽约时报》发表评论,称这是“20世纪最惊人的发现之一”;英国皇家科学院则表示,澄江动物群“永远是科学的大厦”。这项成果还获得2003年度国家自然科学奖一等奖,中华人民共和国成立以来仅有28项成果获此殊荣。项目的共同完成人陈均远、侯先光和舒德干分享了这一荣誉。

在今天昆明的附近地区,从东到西,包括澄江,2000多平方公里的广大地域上,都分布有出露地表的寒武纪沉积页岩,目前科学家所触及的帽天山还只是其中的一隅。

根据自己20多年来的化石发现研究,陈均远认为,在帽天山生命大辐射发生之前,动物界在其黎明时期至少还经历过3次生命的“爆发”,包括据今5.8亿年前另一个省份贵州的瓮安“大辐射”。“生命的这4次辐射时间是如此连续,其中的间隔又是如此短暂,而瓮安等大辐射又是在寒武纪之前,这说明寒武纪大爆发‘从零开始’的理论也是站不住脚的。”

在瓮安县,陈均远等科研人员还发现了一种具有两侧对称结构,单个长约2毫米的神奇生物,它被命名为“小春虫”,出现的时间比寒武纪生命大爆发时期又早了5000多万年,并以复杂的身体结构表明:已有动物在寒武纪之前就已发育成熟。这一重大发现再次震惊世界,成了照进寒武纪大爆发之谜的另一道曙光。

“伊甸园”胚胎

还是在瓮安,陈均远他们又发现了“伊甸园”的胚胎、幼虫和成体化石,在“触摸”这个真实的远古世界时,见证了地球最古老的先民在受精之后进行细胞分裂以及一个复杂生命体是如何从一个受精卵诞生的过程。“地球初期形成的大部分生命在未成年之前死去,有些终身没有留下子孙。”

“从某种意义上看,人类的出现或是说有智能的文明生物的出现纯属偶然。”陈研究员举例说,小春虫已完成了两侧对称,而“海口虫”出现时就已为人类文明出现铺平了道路——它完成了脑的扩张和跃进,出现了一个发达的大脑,并且脊椎骨也开始出现;而与其同时代就发现的“文昌鱼”的祖先演变到现在也只有一个脑泡。“脊椎的出现撑起了中生代神奇的恐龙世界,也是人类直立行走、喉部的发音系统复杂化和出现语言进行交流的关键,这是智能形成的一个前提。”他认为,在5亿年以前,海口虫只有几厘米大小,大脑、脊椎对于它来说毫无用处,但是却是人类文明出现的关键,“这仅仅是生物界中偶然的偶然。”

在专家们看来,一些困扰现代人类的疾病,从生物进化的角度可以找到它们的“病因”,如糖尿病。其实在鱼类的身体内,也可以发现过量的糖分,但这却不会危及它们的健康。“这种糖过剩的问题其实伴随着生物的进化。”陈研究员给出的解释是:由于人类的进化,大脑越来越发达,需要越来越多的糖分供给,而负责糖分代谢的胰腺的功能则逼近极限。“随着人类的进化,胰腺不堪重负,糖尿病也就产生了。”