查尼亚编年史

1957年春天，三名男学生在查恩伍德森林的一个废弃采石场攀登，查恩伍德森林是一个距离英格兰地理中心不远的地区，那里有崎岖的山丘和蓝铃木茂密的山谷。其中一个男孩发现了一些不寻常的东西。“看看这个！”理查德·布拉奇·布拉克福德喊道。

15岁的罗杰·梅森(Roger Mason)爬下悬崖底部与他的朋友会合。老采石场的岩石表面由树叶构成：头顶上拱起的橡树根和树枝，草和蕨类植物从缝隙中发芽，那里有足够的光、土壤和水可以生长。

布拉赫指着在头部高度⁠⁠的岩石表面清晰地印着的东西-一个几英寸长的叶状形状。它看起来像一片植物的叶子，被一根奇特的曲折的茎分成两半。梅森大惑不解。

和现在一样，当时的查恩伍德森林是一个反常的地方：一个有着自己独特的历史、民俗和地理的地区，那里被地球上一些最古老的岩石所褶皱和断层所覆盖。作为一名正在制作中的地质学家，梅森知道叶子图案不可能是⁠⁠看起来的样子-一块化石，更具体地说，是一种大型、复杂的多细胞有机体⁠⁠的保存下来的印记-因为这块岩石可以追溯到远古时期的前寒武纪。每个人都知道前寒武纪的岩石不包含化石；查尔斯·达尔文自己也注意到了这一基本事实。在19世纪的大部分时间里，岩石都是从采石场挖出来的，自采石场关闭以来的几十年里，它已经成为娱乐游客的热门景点。如果这个奇怪的形状代表了什么重要的东西，肯定会有人之前认出它来。

后来，梅森拿起铅笔揉了揉这个奇特的图案，把它带回家给他父亲看。梅森的父亲在附近的莱斯特市兼职教书，在伦敦大学的一个省级前哨任教。作为一所即将获得独立大学地位的机构，后起之秀的莱斯特郡和拉特兰大学学院(Leicestershire And Rutland University College)拥有自己不起眼的地质系。因此，年长的梅森可以将这个有问题的印象传递给一位年轻的地质学家同事特雷弗·福特博士(Dr.Trevor Ford)。

梅森夫妇敦促福特参观采石场，亲眼看看原始岩石，⁠-但这位科学家对此持怀疑态度。如果拓片真的来自那个采石场的岩石，那么它肯定是前寒武纪的，正如任何称职于岩盐的当地地质学家都可以证明的那样。与澳大利亚和其他地方类似的古代露头不同，查恩伍德的底层地层⁠的年龄-最高可达6亿年的⁠-是毋庸置疑的。由于其庞大的人口和悠久的采矿和采石历史，几乎在现代地质科学开始之前，英国中部地区就一直充斥着地质学家，人们对该地区的地层学有了透彻的了解。如果图案真的来自前寒武纪岩石，它不可能是化石。

长期以来，科学家们一直对地球上最古老的地层中明显缺乏化石感到困惑。达尔文在他的开创性著作“物种起源”中写道：“对于为什么我们没有发现属于这些假定的最早时期的丰富化石沉积这个问题，我无法给出令人满意的答案…。”

这个难题有时被称为“达尔文困境”(⁠)--现在仍然是⁠--经常被达尔文的批评者形容为进化论中的一个根本缺陷。起初，这些批评者似乎说得有道理。复杂的多细胞生命的进化可以很容易地通过化石追溯到5.41亿年前的一个点：前寒武纪-寒武纪的边界。边界上方的岩层显示出大量的硬体海洋生物。这些化石中的许多都显示了一个分段的双侧身体平面⁠-这意味着有机体的一半是另一半⁠的对称镜像-并包括熟悉的形式，如三叶虫和菊石。然而，边界以下数十亿年的岩石是不同的。除了少量的单细胞藻类和细菌外，它们似乎没有生命迹象。在这一点上，如此多种类繁多的生物的出现是如此突然，以至于后来被称为“寒武纪大爆炸”和进化的“大爆炸”。

如果罗杰·梅森(Roger Mason)真的在距寒武纪早期约4000万年的岩石中发现了一种大型复杂有机体的化石，这将是20世纪最重大的地质发现之一。福特凝视着蕨类植物般的轮廓，仔细考虑着这种不太可能的可能性。梅森粗略的石墨和纸张渲染确实提出了一些耐人寻味的问题。它真的能代表来自深部前寒武纪的远古生物吗？如果是这样的话，这是一种什么样的生物体，它与晚寒武世繁华的生物群有什么关系？为什么以前没人发现它呢？

但之前有人发现过它。就像20世纪50年代其他关于小学生跌跌撞撞地进入梦幻世界的故事一样，罗杰·梅森的发现也有一个前传。

·1956年夏天，距离梅森的登山三人组到达采石场不到一年，15岁的女孩蒂娜·巴蒂(Tina Batty)正与父母和妹妹在查恩伍德森林的同一个角落采摘越橘。在头部高度，在一个裸露的岩石表面的底部，上面悬挂着树根和蕨类植物，她看到了一个奇怪的叶状轮廓。女孩仔细检查了这个形状。她已经对地质学感兴趣，并对在被认为没有生命的前寒武纪岩石中看到如此具有挑衅性的类似化石的图案感到困惑。越橘没有采摘；事实上，它们还没有成熟，觅食水果只是蒂娜引诱她的家人进行一次即兴的地质实地考察的借口。

和梅森一样，蒂娜意识到了这片叶子的潜在意义，于是决定去问问权威人士。她的父母很支持她，但缺乏地质专业知识，也缺乏与当地原始大学的便捷联系。因此，第二天她向学校的地理老师提到了这种奇怪的“蕨类”。

“前寒武纪岩石里没有化石！”这是老师的回答。蒂娜说她意识到了这一点；事实上，这就是为什么这个发现如此令人困惑的原因。“那么它们不是前寒武纪的岩石，”她的老师回击，结束了讨论。

蒂娜恳求她父母让她回采石场去。那年晚些时候，他们的态度有所缓和。第二次，就像梅森一样，她用铅笔摩擦了一下这个形状，尽管在被老师狠狠地拒绝后，她不确定该怎么做。她认为一定有人以前见过这块化石，或者类似的东西⁠-但缺乏令人信服的解释让她苦恼。她参观了当地的一家博物馆，寻找类似的标本，并继续阅读任何她能找到的地质材料。

然后，她在1957年下半年第三次参观了采石场，结果却面临着化石在哪里的新谜团。叶子已经离开了，只有新的钻孔标志着它的经过。

一位新来的热情的年轻地理老师来到蒂娜的学校工作。蒂娜试探性地问她是否可以把地质学作为一门额外的学科来学习。这位新老师热衷于帮助她，并请求她的上级允许⁠-结果这个想法被班主任“彻底否决”了。这使她在大学学习地质学的计划泡汤了。在这一点上，沮丧的蒂娜暂停了对化石来源的追问。她把拓片和她收藏的其他化石放在一个抽屉里，看不见，但没有忘记。

·在对同一片僵化的叶子的调查中，梅森的表现要好得多。他很幸运地在特雷弗·福特身上找到了一个更乐于接受的成年人，1957年5月，在蒂娜第二次去采石场几个月后，梅森夫妇成功地说服了这位年轻的地质学家亲自参观标本。福特带着越来越多的惊讶和好奇检查了印记和它的周围。附近的表面还有各种不寻常的轮廓，包括几个醒目的环形。采石场的岩石肯定是前寒武纪的，但没有任何非生物过程可能解释这些模式。它们一定是化石。

梅森的化石代表了一种什么样的有机体，这一点一点也不明显：它看起来肯定不太像后来时期的复杂的双边动物。首先，它缺乏任何明显的感觉、消化或生殖结构。事实上，它几乎没有任何已知陆地生物学的熟悉特征，无论是过去的还是现在的。

根据它模糊的叶子状外观，福特假设它是一种植物，并将其命名为查尼亚·梅索尼(Charnia Masoni)。他雇佣了专业的采石工来移走装有化石的石板，这块石板后来被安装在莱斯特的新步道博物馆(New Walk Museum)。他还向他以前的一位导师展示了这一发现的照片，这位导师现在谢菲尔德大学工作。这位年长的地质学家分享了他的门徒的兴奋，也许是感觉到了独家新闻，鼓励福特向他编辑的小型地区性期刊提交了一篇论文。就这样，20世纪最伟大的科学发现之一的消息通过“约克郡地质学会学报”8月刊被带到了世界各地。

1958年，就在福特的论文在约克郡发表几个月后，类似的研究出现在科学杂志“自然”(Nature)上的一份针对生活在世界其他地方的不幸人群的期刊上。这项研究证实了前寒武纪化石存在于地球中段的一个位置：南澳大利亚州偏远的弗林德斯山脉的一部分，名为埃迪卡拉山(Ediacara Hills)。这些对极动物的发现包括圆形、波纹印记和分段的椭圆形形状，并证明了查尼亚不是一种侥幸的⁠-尽管某种类型的原始非寄生扁虫几乎是可能的。

在十年前首次发现这些化石时，这些化石在南澳大利亚州以外的地质界几乎没有留下什么印象，因为当时埃迪卡拉山脉的年龄仍然不确定。然而，最终，埃迪卡拉山脉被确定为由前寒武纪岩石组成，紧挨着寒武纪之前的8900万年的时间块将被称为埃迪卡拉期。

但是，如果有人指望这两篇1958年的论文能立即打开前寒武纪化石的闸门，那他们就大错特错了。只有零星的进一步发现浮出水面。非常古老的岩石露头仍然很少见，化石的形状往往不清楚，可以进行另一种解释。然而，研究人员在世界各地的不同地点发现了一些不同类型的埃迪卡拉化石。关于这些有机体仍然存在许多问题：它们是什么，它们是如何生活的，它们彼此之间以及它们与环境之间是如何联系的。研究人员经常求助于大致的说法，比如“这个看起来像披萨盘”或“这个隐约是蠕虫状的”。这些化石缺乏可辨认的内部结构，无法区分它们是植物还是动物，也不符合任何已知的现有进化谱系。查尼亚可能是一种植物，但也可能是一种动物、一种真菌或其他完全不同的东西。

尽管如此，尽管科学家们对数量不多但不断增加的复杂埃迪卡拉化石感到困惑，但他们在描述这些生物生活的古代世界方面取得了稳步进展。这一背景将被证明对于理解查尼亚实际上是一种什么样的有机体，以及弄清楚它与埃迪卡拉人同胞⁠-以及后来的寒武纪人之间的关系是至关重要的。

·在地球表面，大约6亿年前，地球并不是一个适合复杂生命的地方：这是另一个星球，在那里，事情的方式不同。查恩伍德采石场的岩石起源于一个火山弧岛链内，靠近遥远的南部一块更大的陆地。此时，各大洲都聚集在南极周围；事实上，一些科学家假设了一个更坚固的收缩，其形式是一块名为“潘诺尼娜”的短暂的超级大陆，中心位于南极本身之上。

太阳燃烧得不那么猛烈，所以这个纬度的天气可能比预期的要凉爽。月亮在天空中隐约可见比今天更大更近，而且与之相关的是，白天缩短了三个小时。构造活动更加活跃，地球距离其原始吸积的强烈热度更近5亿年。来自附近层状火山的热岩和火山灰⁠-或称Tephra⁠-会溅到周围的海洋和陆地表面并发出嘶嘶声。大气含氧量只有12%到15%，所以如果没有高海拔训练的⁠，或者没有呼吸旁路系统⁠的好处，任何不合时宜的游客都会很快窒息，如果他们还没有被火山灰窒息的话。远离喷发附近，干燥的陆地呈现出一片裸露的岩石和沉积物的荒凉景观，而任何足够潮湿的表面都覆盖着一层薄薄的绿褐色活浮渣。这些“微生物垫子”延伸到浅海，含有各种各样的简单藻类、细菌和蓝藻，初步证据表明，这些藻类、细菌和蓝藻中散布着原始真菌。

但对于新进化的多细胞生物来说，海洋总体上更受欢迎。生命的化学是以水为基础的，水作为物理和生化极端情况的缓冲器。到埃迪卡拉纪时，原始藻类和蓝藻⁠的活动-以及可能的深海循环⁠的变化-最终导致了全面的海洋氧合作用。地球正在从一场灾难性的、旷日持久的、可能是全球雪球引发的生物地球化学转变中走出来，这场转变被称为氧气灾难，为复杂的利用氧气的有机体进化和从深处浮出水面奠定了基础。

尽管如此，这个特定岛屿周围的海洋环境并不是没有危险。从喷发中喷出的物质沉入大海，沿着火山陡峭的水下侧翼漂流。最终，特弗拉在一个生活在海底的生物群落及其周围定居下来：其中，前额形体是蒂娜和梅森的准化石。周围的沉积物没有显示出表面波作用的搅动迹象，这意味着查恩伍德地层的沉积发生在光层下面的深暗地带。因此，福特最初的猜测⁠-梅森的叶子是某种光合作用植物⁠-不太可能是正确的。

火山碎片通过连续的喷发不断积累，直到水下的前寒武纪庞贝得出了石化的结论。枝叶生物被完全掩埋，但温和的海底火山灰使它们柔软的身体部位得以惊人的细节保存下来。在距离查恩伍德火山不远的地方，弧链上的不同岛屿也发生了类似的喷发和火山灰坠落。所有这些喷发的火山沉积物都被压实成岩石，然后凝聚成一块名为阿瓦洛尼亚的微大陆，板块构造最终使其向北洗牌。

几千年过去了：太阳变暖了；地球上复杂的生命从海洋蔓延到陆地，再到空中；月球退去，白天延长；太阳系完成了一个完整的围绕银心的轨道，然后又完成了另一个；大陆跳舞，相互推挤，再次漂移。前几个弧形岛屿之间的裂口裂开了，随着地壳拉开拉开的拉开，一个新的海洋⁠-大西洋⁠-填满了之间不断扩大的空间。在这段时间里，曾经相邻的海底生物群的印记一直幸存下来，直到最后，隆起和侵蚀将它们暴露在两个地点：英格兰莱斯特郡的查恩伍德森林，以及加拿大向西越过海洋超过2000英里的参差不齐的海岸线。

正是对这两个地点中的第二个地点的仔细研究，使得科学家们对梅森的叶子和整个埃迪卡拉纪生物群的理解开始取得突破。

20世纪60年代末，在纽芬兰阿瓦隆半岛一个名为错点的前寒武纪海角发现了化石。虽然莱斯特郡的化石仍然是早期复杂生命的第一批被证实的例子，但正是他们的加拿大前邻居沿着弧链向下几个岛屿，打开了一条更清晰、更广泛的通往查尼亚王国的门户。查恩伍德森林古老的“世界之间的森林”的土壤、树叶模糊和范围有限，使得人们很难发现化石，也很难确定它们之间的关系。但在错误的地点，许多印记被蚀刻在海岸悬崖的大片露天空地上。在日出或日落时，当微弱的光线投射出长长的阴影以突出斑点时，整个生态系统都可以从岩石上读出。多个不同大小和形状的标本一起休息，位置与5亿多年前它们在生命中占据的位置相同。当这些背景丰富的化石组合在其他地方被发现时，科学家们就可以开始在世界各地的不同地点进行比较，以及前寒武纪晚期的速度。

大多数人现在认为，查尼亚和类似的额叶物种，统称为牧场动物，是早期的动物。无论哪种方式，当与现在的生物体相比时，地貌显示出几个不同寻常的⁠特征--并省略了许多平凡的特征。尽管他们试探性地对动物进行了分类，但研究人员仍然无法识别任何明显的感觉、消化、呼吸、循环或生殖器官。它们在沙体中的规则交替足迹平面代表了一种称为滑动反射的偏移对称。这种模式在当代生物有机体中很少见，在埃迪卡拉生物群⁠中相对常见-以及在对细胞自动机动态系统演化的人工模拟中，如“康威的生命游戏”。它们的身体结构也表现出分形对称性，自相似单位在多个尺度上重复，最高可达四级分支。分形图案最大化了表面积，并表明摄食和呼吸直接发生在它们的外膜⁠上-事实上，额叶变形体标本中最前面的样本夸口说，估计的表面积类似于典型人类肺的半个网球场大小的内部扩张。同时，假设繁殖是通过折断的叶尖的无性萌发发生的。正如曼德尔布洛特套装的卧室编码员所知道的那样，复杂的分形图案可以通过非常简单的规则来生成；与今天描述人类和其他复杂的双边动物形状所需的数千个基因相比，范围同形体平面可能只有6到8个基因编码。

查尼亚在地质史上占有重要地位⁠一位杰出的牛津古生物学家将其描述为“迄今发现的最重要的化石之一”⁠但这种意义很大程度上来自于过去和现在的地理意外，这使得它被认为是此类化石中的第一个。其他较年轻的埃迪卡拉纪化石类型Subseq。

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