本文来自《科学》2017年2期，有兴趣的朋友可以去杂志云官网看一下哦

包括人类在内的复杂多细胞动物的始祖究竟从何而来？这是最引人入胜但知之甚少的重大科学问题之一，解决这一难题只能依靠化石的发现和研究。距今6.1亿年的瓮安生物群中动物胚胎化石和成体化石的发现，为了解寒武纪生物大爆发的源头，回答动物从何而来的问题提供了全新的线索。 　　地球，虽然是茫茫宇宙中一颗浅蓝色的尘埃，却因为孕育了多姿多彩、郁郁葱葱的生命而显得与众不同。然而，地球诞生之初并非如此生机勃勃。大约在46亿年前地球形成时，它只是一颗炽热而荒芜的行星，经过数亿年的冷却和圈层分异，才开始出现适合生命发生的大气圈、水圈和岩石圈。大约38亿年前，最早的生命在地球上出现，它们是单细胞的原核生物——细菌和古菌。今天，它们的后裔仍然生活在我们周围，看起来并不起眼，但是在最初生命诞生后的32亿多年时间里，它们一直是整个地球生物圈的主宰。它们聚集在一起形成微生物席（又称藻席，通常由细菌和古菌聚集生活在一起形成的厚达数厘米的具有多层结构的席状物），适应并改造着地球的环境，形成了与现今地球完全不同的“地球.生命系统”。这一系统单调而稳定，直到多细胞动物出现，这种单调乏味的“地球.生命系统”才重新被打破，开始焕发出新生机。从此，地球逐渐演化成今天的蓝色星球。 　　毫无疑问，动物是如今地球生物圈的主宰，它们占领了食物链中从初级消费者一直到顶级消费者各个层级。而人类作为动物界的成员，站在食物链金字塔的塔尖，并演化出复杂的智能。从地球上第一个动物出现到今天的人类，这一演化过程历时数亿年。这个跌宕多姿的故事从何时而起？自诩为万物之灵的人类扎在地质历史长河中的根系究竟有多深？这就需要回答一个困扰我们许久的科学问题：动物究竟从何而来？

　　分子钟和化石记录的矛盾 　　虽无从考证确切的起始时间，但人类追寻“我们从何而来”的努力伴随着整个人类文明发展的历程。近代自然科学体系诞生之前，人们对地球历史的了解远逊于对人类文明史的了解。地球的年龄未知，动物出现的时间未知，人类出现的时间亦未知。对一切问题的解释都停留在诸如上帝创世、女娲造人的各种宗教和神话里，神秘而缺乏实证。自达尔文时代开始，生命起源和演化问题开始进入科学范畴，实证探索生物进化发轫。当时刚刚诞生不足百年的地质学已经给博物学家提供了诸多重要启示：地球存在的时间可能非常之久，远远超过人类的想象，而动物化石在很古老的地层中就已经出现。这个最早出现动物化石的地层所代表的时代后来被命名为寒武纪（Cambrian Period）。在达尔文时代，人们对动物是从寒武纪开始在地球上出现的这一说法达成了共识。正因如此，地质学将从寒武纪至今这一漫长的地质时期称为显生宙（Phanerozoic Eon），意为有生命显现的时代，寒武纪的起始也就是显生宙的起始。而寒武纪地层之下缺乏化石记录的地层代表的漫长历史则被称为隐生宙（Cryptozoic Eon），意思是没有生命显现的时代。

　　倘若动物真的就是从寒武纪开始出现，那么，寒武纪的起始时间就应该是动物起源的时间。随着地质年代学的发展，人们通过放射性同位素测年得知寒武纪起始年龄大约是距今5.41亿年，然而古生物学家也在寒武纪之前更古老的地层中找到了动物存在的证据，比如动物活动在古老沉积物中留下的痕迹化石。由此可见，动物存在的时间比寒武纪更早。 　　如今，科学家有两种不同途径来探索动物起源的时间。一种是分子生物学方法，即通过分子系统学和分子钟来推测现代30多门动物问的亲缘关系，以及彼此从共同祖先分歧的时间。分子钟是用于估算不同生物分类单元起源时间的分子生物学方法，其核心原理基于蛋白质或基因序列的突变在不同物种间具有相对恒定的速率。比如有亲缘关系的若干分类单元是来自共同祖先的后裔，那么相对恒定的基因或蛋白突变速率可以用来计算从共同祖先到现代后裔的演化时长。另一种途径则是古生物学方法，通过寻找古老地层中埋藏的化石，实证追溯最早的动物记录，重建早期动物的演化過程，逼近动物起源的真实时间。 　　最新的分子钟估算结果表明，动物可能起源于距今7.8亿年前，而简单的呈辐射对称的双胚层动物，例如水母和珊瑚的祖先在距今7亿年前就出现在地球上。较之水母更复杂的呈两侧对称的三胚层动物也在寒武纪之前的埃迪卡拉纪（距今6.35-5.41亿年）完成了门一级的分化，产生了许多复杂的动物身体构型，它们是如今看到的各式各样呈两侧对称的动物的祖先。然而，全球的化石记录则讲述了一个完全不同的故事。

　　古生物学家采集的化石大数据表明，复杂的两侧对称动物直到寒武纪初才开始大规模出现在地层中。加拿大布尔吉斯页岩动物群，我国的澄江动物群和凯里动物群的发现证实寒武纪早期发生了一次奇妙的动物演化事件：即现今绝大多数动物门类，从最简单的海绵动物到最复杂的脊椎动物，在寒武纪早期短短2000万年的时间里呈爆发式出现，并形成了复杂的海洋生态关系。2000万年相较于38亿年的生命演化史只是一瞬间，因此这一事件被称为“寒武纪生物大爆发”。寒武纪生物大爆发奠定了如今生活在地球上共30多个门类的动物的身体结构蓝图，此后5亿多年的地质历史中再无新的动物门出现。古生物学家找到的新的动物化石标本也只是在已有的动物门之内增添新的属种。寒武纪大爆发的研究表明，现代所有动物的祖先代表至少在寒武纪早期就已经出现，但该事件发生的时间比分子钟推测的动物起源时间晚了2亿多年。这一时间差让动物起源的具体时间蒙上了一层迷雾。

为什么分子生物学的数据和古生物学的数据之间有如此巨大差异？是分子钟的推测不够准确，还是古生物学数据不够完备？化石记录本身的确具有不完备的特性，因为化石形成需要特定的条件，并非曾经生活在地球上的所有动物个体都能在死后保存下来形成化石，所以化石记录的不完备性通常是困扰古生物学家的一个难题。为了桥接两个学科关于动物起源的时间差，古生物学家需要在寒武纪之前更古老的地层中寻找关于动物演化的线索。 　　古生物学家的溯源之旅

尽管分子钟的估算时至今日还不够准确，但前文中提到的其与化石记录之间长达两亿多年的时间差仍然暗示动物的祖先很可能在寒武纪大爆发之前就已经在地球上崛起很久了。这一观点也与古生物学的理论推测相一致。虽然寒武纪大爆发事件颠覆了人们对动物演化速率的认识，但动物类群的起源和演化经历了从简单到复杂的过程是广泛接受的共识。寒武纪大爆发已然构建了一个复杂的海洋生态系统，几乎所有动物门的祖先代表均登上生物演化历史的舞台，表明大爆发事件发生前就已经发生了从所有动物最简单的共同祖先分化出各个动物门的过程。达尔文进化论的传统观点认为，这一过程很可能是十分漫长的，不过现代古生物学理论则认为这一过程并不一定需要漫长的时间来完成。这段历史究竟耗时多久？不同的分子钟对这一过程耗时的推算差别巨大，因此古生物学家需要寻找新的化石记录来追溯动物在寒武纪之前的演化历程，即追溯寒武纪大爆发的源头。这一溯源之旅将为动物起源的时间提供更新的数据和线索。