46億年前，地球形成，在黯淡無光的環境中，生命經歷了約40億年的漫長演化 歷史 ；直至5億多年前的寒武紀時代，這顆藍色星球上，包括脊椎動物在內的幾乎所有動物，在短短幾百萬年間快速登場，壹系列與現代動物形態基本相同的生物“集體亮相”，形成了多種門類動物同時存在的繁榮景象。這壹快速的生命演化事件，被稱為“寒武紀大爆發”。
寒武紀大爆發，因對達爾文的進化論產生了巨大挑戰，成為百余年來困擾古生物學家的重大謎題。
近日，我國雲南“澄江動物群”又添壹項重大科學發現：壹只來自5億年前的“麒麟蝦”。這在古生物界掀起波瀾，它向世界再壹次印證了生物進化論的預言。“麒麟蝦”的發現背後，是科研人員十余年的潛心研究。
古代神話中，瑞獸麒麟，相傳是壹種集獅頭、鹿角、虎眼、麋身、龍鱗、牛尾於壹體的動物。從生物學的角度來看，這種組合了多種動物身體特征的動物，被稱作“嵌合動物”。
麒麟蝦復原圖
11月4日，北京三裏河路，中國科學院的壹間會議室裏，中國科學院南京地質古生物研究所的科研人員，向大家展示了壹只來自寒武紀的“麒麟”——外形酷似蝦，長著五只眼睛、掠食性的“前肢”，以及硬化的表皮、多節的軀幹、分節的腿肢……它組合了節肢動物祖先類型和真節肢動物的多種身體特征，被命名為“章氏麒麟蝦”。
寒武紀大爆發研究組（左起：趙方臣、朱茂炎、黃迪穎、曾晗）
中科院南古所研究員朱茂炎帶領的寒武紀大爆發研究組，在澄江動物群中找到了這壹打開節肢動物起源之謎的過渡型物種，它也因而成為解答“寒武紀大爆發之謎”的關鍵化石。北京時間11月5日零時，這項最新研究成果在英國《自然》雜誌上發表。
澄江化石群挑戰“達爾文困惑”
1859年，達爾文完成《物種起源》時恐怕想不到，自己費解了壹輩子的困惑，居然被壹只“蝦”破題了。答題人則是中國的科學家們。中科院南古所研究員趙方臣提起這事兒很自豪：“這道題，從我導師的導師開始答，我現在還在繼續答題。”
當初達爾文的困惑是“5.4億年前至5.3億年前，古生代之初的寒武紀生命大爆發現象——許多動物突然出現在化石記錄中，在更早期的巖層中卻沒有明顯的祖先”。
壹百多年來，這道難題，困擾著壹代又壹代中外科學家。直到1984年，雲南澄江帽天山附近，中科院南古所的科學家發現了距今約5.2億年的澄江動物化石群。當時還是助理研究員的侯先光，壹榔頭下去，敲出了“壹個絢爛的古生物世界”——這些生物小的僅有幾毫米，大的有幾十毫米甚至更大，有的像海綿，有的像蠕蟲，還有像水母、像海蝦，或者像帽子、像花朵、像圓盤……5億多年的滄桑巨變，這些最原始的海洋動物軟體構造保存完整，千姿百態，栩栩如生，是世界上發現最古老、保存最好的壹個多門類動物化石群。而澄江動物化石群的發現，也被譽為“20世紀最驚人的發現之壹”。
澄江動物群生態復原 (楊定華繪圖)
相對枯燥的科普，被趙方臣講出來生動有趣，因為壹個個數字裏凝結著前輩們的努力，壹個個拗口名詞幕後是前輩們壹錘壹鑿的努力。“源自澄江動物群的重大發現不斷湧現。在這兒，中外古生物學家發現了遠古時代的近300種、20余個動物門類，包括植物界的藻類，無脊椎動物中的節肢動物、腕足動物、蠕形動物、海綿動物等，甚至還發現了脊索動物。其中，最著名的要數完整奇蝦化石的發現。”他下意識地提高聲調，隆重介紹，“上世紀90年代，我導師的導師，就是南古所研究員陳均遠，他和同事發現了迄今為止保存最為完整的奇蝦化石。”
這種蝦被稱為“最早的海怪”。它長著壹對帶柄的巨眼，壹對分節的、用於快速捕捉獵物的巨型前肢，壹張形如碗口的利牙大嘴和壹個美麗的大尾扇，它的個體最大可達2米以上，而當時其他大多數動物平均只有幾毫米到幾厘米大小，是當時海洋食物鏈的頂端捕食者。
這只“蝦”的發現引發了世界範圍內的熱議。火到什麽份兒上？當時連瑞典省壹級的報紙都在轉載報道這個發現。
“不過，奇蝦還不能算是解答‘達爾文困惑’的鑰匙。”趙方臣掰著手指頭，將千萬年的事兒快速串講：澄江動物群中的化石發現表明，包括脊椎動物在內，幾乎所有現代動物門類在5.3億年前都已經出現了。而寒武紀大爆發開始，節肢動物便是地球上最成功的動物之壹。從被譽為“寒武紀明星”的三葉蟲、奇蝦，到如今生活在我們身邊的蝴蝶、螃蟹、蝦、蜘蛛等，都是節肢動物，它們具有分節的身體和附肢。當今地球個體數量最多的動物就是節肢動物，它們占據了動物界中大約80%的物種多樣性，在海、陸、空各種環境下都有它們的身影。
那麽，節肢動物是怎麽演化而來的？它們的祖先又長什麽樣？豐富的節肢動物化石便成為了破解“達爾文困惑”的“解鈴石”。趙方臣舉例說，螃蟹、蝦等就是節肢動物進化在現代的代表，它們都有著硬化的表皮、愈合的頭殼、多節的軀幹和分節的腿肢等，被稱為“真節肢動物”。如果畫壹棵“演化樹”，奇蝦位於這棵樹的底部，它具有節肢動物的特征，但身體並沒有分節，也沒有硬化的表皮等形態；樹冠處是真節肢動物。“中間高聳的樹幹，代表兩者之間存在著難以跨越的演化鴻溝。”趙方臣口中的這壹鴻溝，也成為 探索 “節肢動物起源之謎”的關鍵缺失環節。而新發現的麒麟蝦就是這壹環節中的壹部分。
30載“接棒式”勘探發現壹個全新物種
找到了“缺口”，如何填補？達爾文在《物種起源》裏的壹段預言，點出了破解之道：“在現存和已滅絕的所有物種之間，中間和過渡環節的物種數量壹定是難以想象的多。如果我的學說正確的話，它們壹定在地球上生存過。”
依據達爾文進化論，想要解開“起源之謎”，科學家就需要找到動物門類起源中過渡型的祖先化石，填補缺失的空白。
1984年至今，壹代代科學家從未放棄對澄江動物群的研究。30余年“接棒式”的勘探，將澄江化石研究推向了世界。
2004年初，當時還在讀碩士的趙方臣，跟著導師朱茂炎去了雲南澄江，那是他第壹次科考。
“野外工作，是地質學科研的重中之重。”朱茂炎還是學生時，他的導師陳均遠就壹直將這句話掛在嘴邊，當導師後，朱茂炎又講給了趙方臣。
野外化石采集現場
“聽是壹回事兒，真正懂了是在荒山野嶺中。”趙方臣回憶，即便野外環境再惡劣，朱老師總能滿懷著熱情，投入到野外工作中。動輒需要徒步十數公裏，他仍會親自將樣品手提肩扛帶出來，不假他人之手。身行壹例，勝過千言，壹輩又壹輩科研人員就是這樣練就了過硬的野外能力。
“每天，頂著烈日，徒步走幾公裏甚至十幾公裏的路，有時，要在懸崖峭壁上攀巖采樣，壹錘壹錘敲出藏在巖石裏的化石。”趙方臣笑道，“其實我們每天都在重復壹個動作——‘敲’，每壹錘敲下去，都不知道會發生什麽事情，每敲壹下，心裏就多壹絲期待，直到看見精美的化石從巖石裏顯露出來。”
趙方臣（右壹）在野外科考現場
辛苦了壹天，背著20公斤化石下山，趙方臣的腿開始打顫，“走到最後幾公裏，真是筋疲力盡，心裏卻像抹了蜜。”趙方臣滿臉笑意。
付出終有收獲。2005年，在進行化石定量采集時，趙方臣等人發掘了壹個50多平方米、深度超過2米的采坑。“令人驚喜的是，坑中竟埋藏了上萬個化石個體。”
在這個黃綠色泥頁巖形成的“化石坑”中，他進行沈積巖石微相觀察，發現這套保存精美化石的巖層，是由風暴引起絮狀泥質物快速沈積形成。他推測，在寒武紀時期，這裏的生物極有可能經歷過壹場大暴雨或者海嘯，“從陸地上帶來的泥沙，經過重力分選，形成細小泥，將壹群小動物迅速埋藏……經過千萬年的成巖作用和地質變化，化石形成，直到5.2億年後，它們才重見天日。”
麒麟蝦化石
大量的化石標本被帶回實驗室，進行修復和整理。壹塊被劈開壹角的化石，引起了趙方臣的註意：裸露的化石壹角，隱約露出壹個小小的、像頭盔壹樣的頭部，壹對彎彎的、長滿小刺的“前爪”。“這是壹對很特別的前附肢，讓我們立刻聯想到奇蝦。”回憶起發現化石的情景，趙方臣的語氣中透著興奮，“與奇蝦類似，這對‘爪子’也是分節的，並且每壹節都帶有小刺，然而，從它顯現出的頭部特征來看，又與當時已報道的奇蝦不同。”
麒麟蝦化石
趙方臣立刻開始對這塊化石進行修理。隨著修理的推進，黃綠色的巖石上，壹只奇特“小蝦”的身影逐漸呈現——除了和奇蝦壹樣，長著壹對帶刺的“前爪”，還有多節的身體、分節的腿肢、硬化的表皮……“它什麽都像，卻又什麽都不像，既有遠古動物奇蝦的特點，又和現在我們吃的蝦有相似之處……”趙方臣半開玩笑道，“我們可能找到了寒武紀的‘四不像’。”但是，由於最終呈現的小蝦身體並不完整，他還需要找到更多相同動物的化石。
這很有可能是壹個全新的物種！為了證實自己的猜想，趙方臣開啟了“尋蝦之路”。此後的十余年間，他幾乎踏遍了昆明周邊所有的寒武紀地層化石產區，采集到另外4塊形態相同的化石標本，他們還在壹家自然博物館裏找到了壹塊保存完整的化石。“澄江動物群裏，這種‘四不像’的動物化石實屬罕見，能夠找到6塊非常難得。這其中最小的僅有1厘米左右，博物館收集來的化石是最大的，有7厘米。但要說保存最完整、最精美的，還要數當年在‘化石坑’裏整理出來的壹塊。”趙方臣輕輕捧起這塊化石，手掌大小的黃綠色巖石上，“小蝦”紫紅色的身體清晰可見。
在用顯微電鏡對這只5厘米的“小蝦”進行結構研究時，他和同事又有了新發現——“小蝦”頭盔似的腦袋上方，長著五只眼睛！趙方臣解釋說，這五只眼睛成兩排，前面是壹雙較大的眼睛，另外三只眼睛排列在後，“這壹特征在寒武紀的節肢動物祖先類型身上可以找到，最典型的就是‘寒武紀怪物’——奧帕賓海蠍。”
但是，僅僅從化石上看到這些形態結構，是遠遠不夠的。研究團隊還需要證實“小蝦”的這些結構是真實存在的。借助多種技術手段，研究團隊對每壹塊化石展開了精細的解剖學研究。
麒麟蝦給生物進化增添有力證據
隨著研究的推進，“小蝦”的復原圖也在不斷地完善，壹幅又壹幅圖像被趙方臣帶回家，引起女兒的好奇心，“爸爸，這是什麽？”小女孩問。
麒麟蝦素描圖
“這是來自寒武紀的‘麒麟’，妳看，它有五只眼睛，這是它的爪子，連接著神經組織……”趙方臣拿出電腦，屏幕上，紅色的能譜分析圖像，星星點點的亮光交匯出壹條彎曲的“管道”，“這條長長的，就是它的腸道。”
在化石中，動物的眼睛、腸道、消化腺、神經組織等軟軀體構造，通常是最難以保存的。“要論證這些軟軀體結構的存在，就需要通過掃描電鏡和能譜分析，看到化石身上的元素差異。”趙方臣說，化石精美的保存狀態，為他們提供了豐富的信息，通過能譜分析，“小蝦”全身的元素分布呈現在計算機上。消化系統主要以碳元素保存，在降解或礦化的過程中，由於降解速度等因素的不同，碳元素留在了“原位”，保留了消化系統原本的形態。
麒麟蝦揭示的節肢動物起源和早期演化新模式 (曾晗制圖).
得到了元素分布圖像，還要和現代生物解剖學進行對比，結合已知的節肢動物的形態特征，判斷“小蝦”消化系統和神經系統的分布位置。“與脊椎動物相反，節肢動物的消化系統在背部，神經系統在腹部。”趙方臣指著壹幅元素分布圖，圖像上，元素呈條狀分布，延伸出不同的分支，連接著眼睛、腿肢、附肢等，比較解剖學研究表明：“小蝦”的身體分為二十五節，每壹節都有壹對雙肢型的腿肢，包括用於遊泳的槳狀外肢，以及用於行走的內肢；腦袋則像戴著壹副頭盔，五只眼睛正視前方，從頭部的下方伸出壹對像爪子壹樣長滿小刺的附肢，表明它“捕食者”的身份。
身體具有明顯的真節肢動物特征，頭部卻又嵌合了節肢動物祖先類型的形態構造，這只奇特的“小蝦”，如同中國傳統神話中的“四不像”瑞獸“麒麟”壹般，身體嵌合了多種動物的形態特征。因此，趙方臣等人將它命名為“章氏麒麟蝦”，“章氏”是為了致敬來自博物館的那塊化石的捐贈者。
麒麟蝦的演化位置到底在哪？它是否就是達爾文所預言的“過渡型”化石？
為了揭示麒麟蝦在演化長河中的意義，研究團隊中的博士曾晗，在對中國澄江動物群和加拿大布爾吉斯頁巖數萬塊節肢動物化石進行多年觀察研究的基礎上，整合了“節肢動物起源和早期演化”領域的二十多個形態數據集，編碼了該領域最新的大型數據矩陣——包括81個分類群和283個性狀，采用多種模型和參數進行了演化樹重建。“譜系發生分析結果壹致表明，麒麟蝦的演化位置位於真節肢動物的最根部，處於奇蝦類和其它真節肢動物之間。”
“麒麟蝦代表了達爾文進化論預言的重要過渡型化石，給生物進化論增添了壹個強有力的證據。”11月5日，凝結幾代科學家心血的研究成果在國際知名期刊發表，全球矚目。趙方臣卻沒有停下腳步——他又回到澄江的野外科考現場，試圖探尋更多解答“達爾文困惑”的謎底。為了慶祝團隊的最新發現，他將微信頭像換成了女兒畫的壹幅“麒麟圖”，他很高興，上小學的女兒對自己的研究很感興趣，“未來，希望這些‘小達爾文’們，能解開這棵龐大生命演化樹的更多秘密……”