米兰-名家笔谈丨舒德干：破解达尔文“渐变论”世纪难题—新闻—科学网

作者舒德干在科研中（资料图）。

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2023年5月，《昆明鱼化石》邮资机宣扬戳和系列记念邮品在西北年夜学博物馆首发。此次启用的《昆明鱼化石》邮资机宣扬戳，是以中国科学院院士、西北年夜学传授舒德干团队发现的凤姣昆明鱼化石为原型设计建造。凤姣昆明鱼距今已5.18亿年，是已知最古老的脊椎动物。该鱼的发现，为揭露寒武纪年夜爆发奥秘、破解远古生命演变谜团供给了怪异的划时期里程碑证据。图为首发典礼现场。中新社发

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作者舒德干肖像画。张武昌绘

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寒武纪初期（约5.18亿年前）生态回复复兴图。作者供给

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在浩大无垠的宇宙中，像地球如许“好命运”的星球少之又少：她持续40亿年保持“恰如其分”的液态水圈和含氧年夜气圈，并终究进化出人类。在漫长汗青中，人类一向在尽力探访本身的泉源，发生了良多神话与传说。

19世纪中晚期，达尔文的进化论改变了人类的天然不雅和世界不雅，在以后的150多年时候里，学术界根据进化论继续追踪人类的由来。此中，狭义上人类先人由猿到人的完全化石序列已在非洲和亚洲初步肯定并被承认。再之前呢？人类先人的先人是甚么模样的？作为古生物学家，我们但愿按照化石的“蛛丝马迹”，继续向前探源。

从“同源组织”

追溯生命进化进程

1859年，达尔文《物种发源》的问世改变了人们对人与天然关系的认知。12年后，达尔文颁发了《人类的由来和性选择》，具体解析了人类与较低等脊椎动物的形态剖解学特点和比力胚胎发育学证据等，终究得出结论：人类与所有其他脊椎动物（如鱼类、两栖类、爬行类和哺乳类等）的很多器官都存在配合的来历即“同源组织”，因此人类与低等脊椎动物具有配合的先人。

固然，彼时达尔文其实不知晓，那些最根本的同源组织是什么时候、由哪些初期先人所闪现的。可喜的是，中国粹者透过云南澄江动物群这个怪异的科学窗口，颠末持久摸索，找到了要害证据，提出了“三幕式寒武纪爆发假说”，破解了猜疑达尔文“渐变论”的世纪困难。

在本世纪初，生物学家根据份子遗传学信息，由近和远地追溯人类与地球上所有生物类群同享的各代先人，可以肯定下来的已有40代。按照DNA信息，人类与现代黑猩猩亲缘关系比来，应用份子钟手艺可以计较出人类与黑猩猩在600万年前具有配合先人，即第1汇合点；再继续向前寻祖，在800万年前抵达第2汇合点，即碰见倒数第2代共祖。以此类推，人类与包罗七鳃鳗在内的近亲物种抵达5.2亿年前的第22汇合点，在那边可以碰见中国云南澄江动物群的主要发现——“第一鱼”凤姣昆明鱼。终究人类与地球所有生物可以或许配合追溯至40亿年前的最终先人，抵达第40汇合点，那是所有生命配合的先人——原始真细菌。这个寻祖故事听起来很有趣，但年夜多缺少真实的化石记实。

但是，在距今5.6亿—5.18亿年前的年夜约4200万年间，产生了全部生命史上最为壮不雅的生物立异事务——寒武纪年夜爆发，即在不到地球汗青1%的时候内降生了90%的动物门类。年夜量的动物化石为追溯动物进化和人类远祖供给了主要标本。前面提到的凤姣昆明鱼，就糊口在寒武纪年夜爆发巅峰期间。

寒武纪年夜爆发后

地球进入“三极生态系统”

全球广布的前寒武纪末期的埃迪卡拉生物群（约5.6亿—5.4亿年前）和寒武纪早期的小壳动物群（约5.4亿—5.2亿年前），和时期稍后的澄江动物群（约5.2亿—5.18亿年前），组成世界三年夜初期珍稀化石宝库，为破解寒武纪的生命年夜爆发供给了要害证据。寒武纪年夜爆发组成了地球生态系统演变的分水岭：在5.4亿年前，地球生命根基保持在二极生态系统上，也就是只有出产者藻类和分化者细菌，几近见不到真实的消费者动物；而履历寒武纪年夜爆发短短的几万万年后，便在澄江动物群期间快速发生了完全的三分动物界，从此地球进入了“三极生态系统”，并一向延续至今。

寒武纪年夜爆发的素质是动物门类立异年夜爆发，并不是曩昔人们觉得的“物种年夜爆发”。我们知道，地球动物界包罗数百万个现存物种，可以归属在近40个门类。所有这些门类凡是合并为3个亚界：低等的根本动物亚界，包罗水母和珊瑚；较为高档的原口动物亚界，包罗节肢动物门、软体动物门等年夜大都动物门类；更高档的后口动物亚界，包罗大师熟习的棘皮动物门和脊椎动物。按照研究，在寒武纪年夜爆发时代，20多个首要动物门类分3批快速降生，由量变到质变，构成了3个亚界，组成了完全的“第一动物树”框架。这就是中国粹者提出并在古生物学界获得根基共鸣的“三幕式寒武纪爆发假说”。

动物门类爆发的驱动力包罗内因和外因。内因首要是基因的进化立异，特别是同源基因串快速分步成型。每一个动物门类的同源基因串中包括的基因数互不不异。在根本动物亚界的各门类中，同源基因串的基因数量较少；在原口动物亚界的各门类中可增添到10个摆布；而在后口动物亚界的各门类中可多达14个。同源基因串是节制动物胚胎发育的一串总调控基因，它决议了各个动物门类形态组织的根基特点。另外，动物界内部各类捕食品级快速构成，“年夜鱼吃小鱼，小鱼吃虾米”，愈来愈剧烈的捕食竞争也会加速动物演变的速度。动物门类年夜爆发的外因首要得益在约5.2亿年前的地球第二次年夜氧化事务，它使海洋含氧量年夜幅晋升，知足了年夜量动物保存和滋生的需要；别的，海洋里的磷和钙等生命元素年夜量富集，进一步加重了动物门类爆发的强度。

“全国第一鱼”的发现

解决了学术界两浩劫题

早在达尔文创建进化论半个世纪前，进化论初期奠定者拉马克就提出，动物可划分为脊椎动物和无脊椎动物两个超等大师族，并且最低等脊椎动物是由无脊椎动物慢慢进化而来。200多年来，科学家一向在苦苦探访这个进化进程的真实证据。

在澄江动物群化石宝库中，科学家取得了靠得住的进化证据：古虫动物门初创了原始鳃裂，开启了通向棘皮动物、半索动物、云南虫和脊索动物四年夜“具鳃裂门类”的呼吸系统革命；紧接着低等脊索动物华夏鳗和长江海鞘，初创了原始脊索和相干肌肉节，从而启动了活动系统革命；最后，全国“第一鱼”海口鱼和凤姣昆明鱼的脑筋眼、脊椎骨和心脏组织显示，它们实现了神经系统和轮回系统革命，成功完成了新陈代谢年夜进级。上述几回要害器官缔造为5亿年后的人类躯体构型奠基了坚实根本。特殊是“第一鱼”的发现，解决了学术界持久悬而未决的两浩劫题：一是宣布地球“第一动物树”在寒武纪年夜爆发飞腾时已然降生；二是实证解决了脊椎动物的分步发源问题，并熟悉到了初创脑筋眼和脊椎骨的人类鼻祖真实样貌。

寒武纪年夜爆发以后，到人类降生，中心又履历了5次器官革新或改进：第一次，鳃裂的革新，使无颌类演进到有颌类，从而可以自动取食；第二次，从偶鳍泅水均衡到四足登岸行走；第三次，从无羊膜卵到有羊膜卵；第四次，从卵生到胎生、哺乳，长出毛发；第五次，从四条腿到两条腿，从哺乳动物脑到人脑。

5次器官革新是从低等脊椎动物进化到人的首要阶段，但明显，从“0”到“1”、从无到有的底子性进化，则表现在从无头无脊椎到有头有脊椎的奔腾。是以，“第一鱼”的发现具有重年夜里程碑意义。“第一鱼”成为年度“国度天然科学奖一等奖”的主要功效，发现“第一鱼”和其相干类群的论文屡次在《天然》《科学》等国际顶尖学术刊物颁发，《天然》杂志以“逮住第一鱼”为题对发现赐与高度必定。当前，海口鱼、凤姣昆明鱼等“第一鱼”相干材料已普遍入选列国教科书、百科全书和博物馆。

古生物研究是年夜海捞针式的研究，可能几十年才会碰到一块好标本。无疑，偶尔背后存在必定，好命运经常青睐有预备的脑筋。当前，中国古生物研究处在国际第一方阵，这得益在我们具有澄江动物群、热河生物群、蓝田生物群、瓮安生物群和三峡的埃迪卡拉生物群、志留纪脊椎动物群等多个得天独厚的化石库，同时更由于我们具有一支高本质的古生物学研究人材步队。古生物学是关在生命汗青的科学，与汗青学性质类似。我们进修汗青，由于它有助在人类获得在社会上安身和成长的经验；一样的，我们应当进修和领会古生物学，由于它能帮忙人类在与年夜天然协同演变中不竭获得成长。

（作者舒德干为古生物学家、中国科学院院士、西北年夜学传授，曾取得国度天然科学奖一等奖、国度天然科学奖二等奖、长江学者成绩奖一等奖）

中国科协科学手艺传布中间、陈家庚科学奖基金会与本报合作推出

（原题目：破解达尔文“渐变论”世纪困难（科技名家笔谈 75年家国））

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