生命从哪里来？是如何演化的？要到哪里去？这些是自然界留给古生物学家们的“灵魂拷问”。

在5.4亿年前，“寒武纪大爆发”到来，复杂多样的生命在地球上“突然”出现，成为里程碑式的重大生命演化事件。从达尔文开始，生命如何“突然”发生，就一直成为困扰科学界的重大科学谜题，也是一代代古生物学家们执着破解的难题。

1859年，达尔文在《物种起源》里特别提到，动物界以三叶虫为代表的复杂类群在最古老含化石的岩石中“突然”出现，而复杂动物在寒武纪“突然”出现是对进化论的巨大挑战。

1984年，中国科学院南京地质古生物研究所（以下简称南京古生物所）的科学家们在云南澄江县帽天山发现了寒武纪早期澄江动物群，更加凸显了“寒武纪大爆发”的突发性，也使“达尔文的困惑”变得更加“迷惑”。1999年，南京古生物所在帽天山建立了澄江古生物研究站，致力追寻生命的起源和演化，解释“达尔文的困惑”。

图一：澄江动物群生态复原 (杨定华绘图)

论文通讯作者之一、南京古生物所研究员赵方臣是澄江古生物研究站站长，他告诉《中国科学报》，澄江动物群是一个举世罕见的化石库，澄江动物群中化石丰富且保存精美，生动再现了距今5.2亿年前海洋生物的真实面貌。“在澄江动物群，绝大多数现生动物门类的演化历史可追溯到寒武纪，为揭示生物“寒武纪大爆发”的奥秘提供了极其珍贵的证据。”

达尔文进化论提到，在现存和已灭绝的所有物种之间，中间和过渡环节的数量一定是难以想象的多。“因此，想要破解‘寒武纪大爆发’之谜，科学家就需要找到动物门类起源的过渡型祖先化石。”论文通讯作者之一、南京古生物所研究员黄迪颖说。

图二：麒麟虾化石（曾晗供图）

其中，节肢动物是理解“寒武纪大爆发”的重要例证之一。

科学家们在澄江动物群中发现，从寒武纪大爆发开始，节肢动物便是地球上多样性最高、生态适应最成功的动物门类之一。在今天，它们也是地球上个体数量最多的动物，且占据了动物界中大约80%的物种多样性。从人见人爱的螃蟹、小龙虾、蝴蝶，到人人喊打的苍蝇、蚊子等都属于节肢动物，在海、陆、空各种环境下都有它们的身影。

然而，节肢动物是怎么演化而来的？它们的祖先又长什么样？100多年来，科学家们追寻着这一生物进化难题的答案。

黄迪颖告诉《中国科学报》，现今的节肢动物（又称“真节肢动物”）具有硬化的表皮、愈合的头壳、多节的躯干和分节的腿肢等特征。自上世纪90年代以来，关于节肢动物起源的研究源源不断。

“奇特的虾”和“寒武纪五眼怪”的发现，是具有重要意义的事件。

“奇特的虾”真名“奇虾”，因其体型巨大、身体造型奇特而得名。赵方臣介绍，奇虾最早在澄江动物群中发现，是体长可达两米的顶级捕食动物，具有分节的大附肢，被认为是节肢动物的祖先类型。但是，奇虾和真节肢动物形态差异巨大，两者之间存在着难以跨越的演化鸿沟。这一鸿沟成为探索“节肢动物起源之谜”的关键缺失环节。

“寒武纪五眼怪”真名为奥帕宾海蝎，因特有的五只眼睛而得名，最早在加拿大的布尔吉斯页岩动物群中发现。它也被认为是节肢动物祖先类型。

但是，寒武纪节肢动物之间的演化关系仍尚无定论。

2005年，朱茂炎研究团队开始收集节肢动物标本，历经15年，终于寻找到6块稀有的长相奇特的化石——“麒麟虾”，一步步揭开“节肢动物起源之谜”的面纱。

图三：麒麟虾复原图 （黄迪颖供图）

图四：麒麟虾揭示的节肢动物起源和早期演化新模式（曾晗制图）

论文第一作者、南京古生物所助理研究员曾晗当时还是一名在读研究生，他告诉《中国科学报》，此次发现的“麒麟虾”化石，身体具有明显的真节肢动物特征，它的头部组合了节肢动物祖先类型“奇虾”和奥帕宾海蝎的形态构造，“这一种罕见的嵌合动物。”

为了进一步验证“麒麟虾”作为过渡化石的角色，研究团队采用多种技术手段，对“麒麟虾”化石进行了精细的比较解剖学研究；以多年积累的研究数据为基础，结合“麒麟虾”独特的嵌合形态和演化发育生物学分析，证实了奇虾和真节肢动物第一对附肢的同源性。

那么，“麒麟虾”在节肢动物的演化过程中处在哪个位置？研究人员通过谱系发生重建，计算反演出早期节肢动物演化关系和附肢形态转变的新模型。结果表明，“麒麟虾”的演化位置处于奇虾和其它真节肢动物之间，位于真节肢动物的根部。

“‘麒麟虾’代表了达尔文进化论预言的重要过渡化石，给生物进化论增添了一个强有力的化石证据。”黄迪颖说。

“麒麟虾”的发现也受到国际同行的高度评价。他们认为，“这一完美而出人意料的过渡型动物，填补了节肢动物演化史一个知识空白。”“架起了节肢动物演化的重要过渡环节，涵盖了节肢动物几个关键造型革新的起源。”“解决了早期节肢动物头部前附肢同源性的争议问题。”

南京古生物所所长詹仁斌说，经过几代科学家们的努力，人们对动物起源之谜有了诸多重要认识，但这远不是终点，仍有诸多“谜团”等待揭开。

事实上，中国有着诸多全世界独一无二的化石宝库，保存着精美的化石材料。比如：距今6亿3000万年前的迄今最古老的宏体生物群安徽蓝田生物群、距今5亿9000万年前的贵州省瓮安生物群、5亿5000万年前的湖北埃迪卡拉纪石板滩生物群等。

“这些为我们揭秘‘寒武纪大爆炸’、解析生物起源之谜提供着优质的研究资源，未来，要继续利用先进的技术方法，加强国际同行合作交流，不断取得新突破。”詹仁斌说。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2883-7