追问生命的起源

——记西北大学舒德干教授

通讯员 田明纲 特约记者 高立勋

地球上的生命何时大量出现？以人为代表的脊椎动物是怎样演化来的？生命大爆发和进化论矛盾吗？……这一系列早期生命演化的重大难题一直困扰着人类，成为科学界的难解之谜。近年来，有一位长期致力于此的中国科学家，相继发现了“云南虫”、“华夏鳗”、“西大动物”、“昆明鱼”、“海口鱼”、“长江海鞘”等奇特动物化石和灭绝动物类群“古虫动物门”，提出了脊椎动物起源“五步走”的新假说，在国际同类研究中成果迭出、独树一帜。他就是２００３年度国家自然科学奖一等奖获得者、西北大学的舒德干教授。

７篇论文刊载Ｎａｔｕｒｅ

舒德干对早期生命的兴趣源于大学时期选择的古生物学专业。西北大学研究生毕业并留校任教后，他就一头扎进早期生命科学的研究中，开始了生命之源的探索工作。从１９８１年开始，他多次前往云南澄江，发现了带有软躯体的高肌虫动物化石，成为２０世纪世界重大发现——保存有显生宙最早的、规模最大的软躯体动物化石群“澄江动物化石库”的主要发现者之一。在高肌虫的研究中，他不仅对高肌虫形态学、个体发育、系统发展、地层分布等进行了全面研究，还将１０８属３００余种高肌虫重新修订分类为７４属１４４种，为学术界所公认。在全世界６部高肌虫研究专著中，就有３部是他单独或与他人合作撰写的，这使他在早期生命科学研究领域崭露头角。

１９９６年，舒德干教授等人在云南澄江采集了大量的化石，发掘出一块距今约５．３亿年的、具有许多脊索动物基本特征的奇特化石并将其命名为“华夏鳗”。通过多次研究并将化石复原，发现“华夏鳗”具有原始脊索动物的基本特征，是脊椎动物的早期祖先，脊椎动物的脊椎骨就是由原始脊索动物的这种脊索构造演化而来，从而将脊索动物的演化历史向前推进了１０００多万年。以对学术论文要求极高而著称、世界上最权威的学术期刊之一——英国的Ｎａｔｕｒｅ撰文公布了舒德干教授等人的这一重大发现。此后，舒德干先后７次以第一作者身份叩开了Ｎａｔｕｒｅ的大门。

１９９８年３月，舒德干教授等人在云南澄江发现一块距今约５．３亿年的早寒武世奇特皮鱼形动物化石，将之命名为“西大动物”。这块化石其身体由两部分组成，后部与原口动物一致，而前部却与后口动物的咽腔接近：其前端“双环式”大口的独特构造与无颚鱼类的“皮鱼”极为相似，兼有原口动物和后口动物的基本特征。这一中间过渡类型化石的发现为探索这两大类之间的演化关系提供了重要证据，这一重要科学发现在Ｎａｔｕｒｅ发表后，科学界为之震动。

１９９９年１１月４日，Ｎａｔｕｒｅ以该杂志最高论文规格发表了舒德干教授等人关于寒武生命大爆发的又一重大突破性成果——发现最古老的脊椎动物化石“昆明鱼”和“海口鱼”，引起学术界的轰动。长期以来，已知最早的脊椎动物是４亿多年前的甲胃鱼骨片，但它们对脊椎动物的起源未能提供有效的生物学信息。“昆明鱼”为活埋标本，保存形态极为完美，鳃囊构造、组成躯干的“之”字形肌节、原始偶鳍和围心腔都保存完好；“海口鱼”在肌节、原始偶鳍、围心腔构造上与“昆明鱼”极为相似，但咽腔中出现了软骨型鳃篮，背鳍中产生了鳍条，表明它比“昆明鱼”更为高等。“昆明鱼”和“海口鱼”的发现，将脊椎动物的起源向前推进了５０００万年。

为了在数亿年前的古老化石中获得准确的生物信息，舒德干教授以弓笔石数学模拟为起始，将数学方法引入化石形态学研究，并成功地将之应用于生物演化、化石形态的正确复原、岩石变形、断层和地层缺失的估算等方面，使古生物学研究方法向定量研究迈进了一大步。

２００１年５月２４日，舒德干教授再次在Ｎａｔｕｒｅ发表了他的一个重要成果——发现最古老的尾索动物“长江海鞘”。他指出，发现于５．３亿年前的筇竹寺组地层的标本，上部为构成动物主体的“萼杯”，顶部和背方分别有进水管和出水管，下部是支撑的粗茎，整个身体全部包裹在一个结实的被囊之内，在出水管下方保存着与现生海鞘动物最后一期变态幼体极为相似的“尾巴”残留构造，位于进水管顶部成排的丝状构造可能是退化或残留的触手冠构造，是典型的尾索动物。

“人类的心灵需要理想甚于需要物质，当一个人把生命的全部意义确定于不懈地探索未知的东西时，他会因拥有伟大的目标而拥有伟大的力量。”舒德干从事的古生物事业有很强的实践性，每年他都有几个月时间是在野外艰苦环境中渡过，经常一天步行几十里，而他不但未觉得苦，反而乐在其中。他说：“发现的快乐可以化解枯燥乏味和体力不支的感觉，会觉得有一种强大的精神力量在支撑着我。”而正是这种精神力量使舒德干走上了一个又一个科学巅峰。

对达尔文进化论的重要发展

进化论是生命科学的核心和灵魂，在这个领域，寒武纪生命大爆发和人类的起源是最为显眼的两个谜团。而舒德干教授发现的半索动物“云南虫”、头索动物“华夏鳗”、奇特后口类“西大动物”、真正的脊椎动物“昆明鱼”和“海口鱼”、尾索动物“长江海鞘”，真实勾勒出了３８亿年前地球生命演化史上规模最为宏伟的、由普通无脊索动物向脊椎动物演化过渡的各种中间类型的全貌。这些困扰达尔文终生的生命大爆发与进化渐变论之间的矛盾，在舒德干教授的努力工作中显现出了彻底解决的可能，是对“寒武大爆发”概念的重大修正和对进化论的新发展。

科学上取得的伟大成果给舒德干教授带来了荣誉，而他却没有停止前进的脚步。当Ｎａｔｕｒｅ再次发表《中国澄江化石库中发现新的原始后口动物门》时，人们更对这位中国学者肃然起敬。舒德干教授发现的灭绝动物类群古虫动物门至少包括四个属，其显著特征是具有后口动物独有的咽腔腮裂和十分奇特的二分躯体构型。通过进一步的研究，舒德干教授在Ｎａｔｕｒｅ撰文提出脊椎动物起源“五步走”的新假说。在传统的脊椎动物起源“四步走”假说的基础上，他发现古虫类和云南虫类不仅是已知最古老的脊椎动物，而且还属于地球上一类最原始的脊椎动物，是居于脊椎动物起源“四步走”之前的又一步。

作为２０世纪古生物学的伟大发现之一的“澄江动物群”的发现，为生物早期及其在寒武纪早期的大爆发问题提供了新的回答，对一些现存生物门类的早期演化进行了系统研究，是对达尔文进化论的重要发展，在世界范围内影响深远。英国皇家学会会员、剑桥大学古生物学首席教授Ｓ．ＣｏｎｗａｙＭｏｒｒｉｓ近来评价舒德干教授的科研成就时指出，后口动物的起源和崛起与脊椎动物的早期演化属于生物进化中最重大的事件，能够对这两个极富挑战性的进化论题目做出如此重大的贡献，这位学者和他的祖国都将会因此而自豪。

（编辑：田明纲）