寒武纪生命大爆发

伤我心太深

地球物种的起源：寒武纪大爆发，寒武纪生命大爆发！寒武纪为什么会出现生命大爆发的情况？这一直是个神秘事件！

我们是谁?我们从哪里来?我们到哪里去?我们人类的历史不过短短200多万年，而在地球长达46亿年的历史中，直到距今38亿年前，才在海洋中m现了构造极为简单的原核单细胞菌藻类生物。之后又是茫茫30亿年，地球经历了太古宙、元古宙以及冰封地球的雪球事件，仅孕育出蓝藻、绿藻等低等生命。直到距今5.45亿年的前寒武纪，生命的奇迹才在这一刻突然发生了。


　　在前寒武纪开始不到1000万年的时间里，地球上突然出现多门类多细胞的高等生命，生命演化史上的这一突发事件，科学家称之为“寒武纪大爆发”。

寒武纪生命大爆发

进化论的创始人达尔文说，生物是随着环境的变化而渐渐地进化的，可是他说错了。地球上大多数的生物都不是渐渐地进化的，而是在某个时期爆发式地完成了进化。


　　把时间倒回320万年前，当时地球上第一次出现了用双足直立行走的南方古猿；倒回到6500万年前，繁荣了2亿年的恐龙灭绝了；而寒武纪则比这两个时代还要早大约5亿年，当时生命世界里发生了“寒武纪大爆发”事件，超乎我们想象的各种奇妙生物，在不到1000万年时间里相继出现，占据了海洋。
　　中国澄江有最真实的“爆发”记录
　　世界上有两个地方保存了最完好的寒武纪时代的化石记录：一个是加拿大西海岸的洛基山脉，那儿的寒武纪化石出现在布尔吉斯页岩中；另一个是我国的云南省澄江县。布尔吉斯页岩的化石是寒武纪中期形成的，那时大爆发事件已经过去；而澄江的化石群则形成于寒武纪刚开始的那段时间，真实地记录了各种生物从无到有的过程。
　　请你再次展开想象的翅膀，跟着我去澄江的化石产地走一趟，顺便也拜访一位著名的古生物学家。
　　澄江位于云南省首府昆明以南50多公里，是个典型的田园牧歌地带，以前并没有被古生物学家所关注。然而1984年侯先光博士在澄江帽天山一带发现的化石，却让全世界的科学家大吃一惊，也使澄江成了研究寒武纪大爆发的热点地区。侯先光的团队至今仍对澄江的化石进行持续不断的研究。虽然离最初的发现已经过了将近30年，但是科学价值极高的化石依然层出不穷，澄江也被列入了世界遗产候补名单。
　　侯先光在澄江发现的第一块化石，就是长尾纳罗虫（Naraoia）。这种生物体长不过6厘米，却有着非常先进的身体结构，它的身体中央有黑色的形似梯子的条纹，从“梯子”向身体的两侧生出许多的脚来。像今天海洋中的虾子和螃蟹一样，它的整个身体被几丁质外骨骼包裹着。在寒武纪之前，生物的种类很少，也没有长脚、带壳的生物，可是进入寒武纪之后，各种进化的生物种类突然登场了。



　　侯先光是在1984年7月1日的野外考察中发现长尾纳罗虫的。回忆当时的情景，他说，由于兴奋过度，他拿着化石的手竟颤抖不停，无法控制。在接下来的若干年里，侯先光和其他研究人员又在帽天山发现了200多种化石，它们都是寒武纪大爆发的杰作。
　　像澄江帽天山那样，寒武纪早期的地层能跨越如此长的时期连续沉积，实属罕见，它为我们提供了解读寒武纪大爆发全过程的得天独厚的机会。在帽天山，人们还找到了寒武纪以前（科学家称其“前寒武”）和寒武纪这两个相邻时代地层的明确界线。侯先光说，从这个界线往上，即寒武纪的地层中，至今发现了长尾纳罗虫、三叶虫等等多种多样的化石，它们都是突然出现的，是寒武纪大爆发的证据；可是在界线以下，即前寒武的地层中，却没有找到任何具有复杂身体结构的化石。
　　侯先光说，根据达尔文的进化理论，生物是逐渐进化的，那么在前寒武晚期的地层中应该能找到进化的中间形态的化石，可是事实证明这样的中间类型并不存在。寒武纪时代的化石是以大爆发的形式突然出现的，这说明当时生物在极短的时间里就完成了进化。
　　在前寒武时代，大多数生物的身体都是扁平的，没有眼睛，没有附肢，也没有外壳。德国有位著名古生物学家，名叫阿道夫?赛拉赫（Adolf Seilacher），他在上世纪80年代就发现前寒武的各种生物化石有一些共同特点：身体扁平，由许多个房室相连而成，整个身体就像一张气垫；没有摄食器官、消化器官和循环器官，是通过表皮扩散来吸收营养、排出废物的。它们与寒武纪时代出现的那些新型生物有着天壤之别。
　　“吃”和“被吃”是进化的动力
　　为什么进入寒武纪之后，生物发生了跨越式进化呢？原来，海洋中肉食动物出现了，它们专门猎杀那些毫无抵抗能力的动物。动物中的弱势群体不愿成为刀俎下的鱼肉，纷纷进化出了保护性的外壳。然而道高一尺，魔高一丈，肉食动物进化出了更加强劲的牙齿，能把猎物的坚硬外壳咬得粉碎。
　　5亿多年前，澄江是一片浅海。住在海底的古莱得利基虫用36只脚在海底灵巧地行走，并用两只月牙形眼睛警戒地注视着四周。
　　中华微网虫属于弱势群体，它的食物是海底的泥巴。这种可怜的虫子与世无争，它身上的一块块“盾牌”是唯一的御敌装备。
　　有的动物打洞潜入泥沙中。古蛭虫（Palaeoscolex）隐藏在沙子中，窥视往来过客，伺机向猎物发起攻击。
　　楔形古虫结队在海中游泳。奇怪的是，它们的嘴巴永远合不上，游泳的时候也就这么一直张着嘴。
　　寒武纪海洋的霸主，非奇虾莫属。奇虾独来独往，扫视周围，寻找可吞食之物。奇虾游泳的姿势很优美，你根本看不出它是凶残的猎食动物。
　　在澄江，人们还发现了无脊椎动物的粪化石。从其中的一块粪化石中，研究人员发现了密密麻麻的高肌虫（Kunmingella）壳体。高肌虫是一种微小的海洋动物，体长只有5毫米左右。从粪中发现大量的高肌虫，进一步证实了当时生物之间存在着“吃”和“被吃”的关系。
　　寒武纪是各种生物爆发般出现的时代，也是生物间弱肉强食的关系形成的时代。弱肉强食的丛林法则，居然成了生物色彩进化的动力。帕克博士发现的那些拥有光栅结构的彩色生物，就是在这样的险恶环境中产生的。




　　1984年7月1日，中科院南京地质古生物研究所侯先光教授在云南的澄江发现了澄江动物群――“寒武纪大爆发”高潮的产物，这是闻名中外的保存完美的软躯体化石群。它被誉为“20世纪最惊人的发现之一”，是探讨地球早期生命起源和进化的独特窗口。澄江动物群生动如实地展现了5.3亿年前海洋生命的壮丽景观和后生动物的原始特征。它表明在5.3亿年前，即寒武纪开始不久，几乎现今的各个动物门类：从海绵动物到脊索动物，都出现了各自的代表。据统计，今天的生物界约有植物40万种，动物100万种，化石种类包括植物约25万种。地质历史中曾出现的生命约500亿种。所有这些生物都能归人这35个门类中，而且这些物种的祖先全都出自于“寒武纪大爆发”。
　　1859年，英国生物学家达尔文发表巨著《物种起源》，创立了进化论，从此在人们心中牢牢树立了进化观念。达尔文认为：生命的形成与发展是以自然选择和变异为动力，通过迁移和演化，由低等向高等，由简单向复杂地发展。而且每一个物种最初都产生于一个单独的地点(即一个物种只有一个起源中心)。根据现代生物学的研究，种存在的时限为500万年，属的时限为2000万年，生命形成一个新物种的最短时限为5.5万年。这样看来，形成生物更高级别的分类单元如科、目、纲、门的时限就无法估量了。进化论的这些原则很难解释在寒武纪开始不到1000万年时间内生命就完成了从低等到高等的飞跃。寒武纪大爆发证明，早期生命的进化并不是达尔文认为的渐进的“演化树”式的进行，而是爆发式的“灌木丛”式的迅速进行。各种实验型的动物大规模出现、突变，形成一幅壮丽、恢宏的生命画卷。


　　澄江动物群包含了将近180个化石种，形象地描绘了寒武纪生物的快速演化及辐射发展。但是这里的“快速”、“爆发”是以地质时代为尺度，相较整个地球历史来说的。而并不是像人们想象的那样，“绝大多数动物门类在寒武纪就像爆炸那样突然出现”。
　　用科学的方法分析，澄江动物群并不是上帝的恩赐，而是一个自然演化的过程，是各种物质因素的综合诱导，从量的积累到质的飞跃。科学家们一直都在探索寒武纪的生物为何把自己设计成各种稀奇古怪的样子。


　　科学家已经找到了一些生命自身的变化，以酝酿大爆发。内因之一是出现了性别分化，为生命从数量上增加打开了缺口。一般来说。生命的繁殖，无性繁殖比有性生殖更为简单省力，但过程慢得多。相较无性生殖一分为二的过程，有性生殖一次就能产生成千上万的后代，双亲的遗传物质发生重组，从而大大加快了后代变异性状的出现几率，为自然选择提供了源泉。有性繁殖出现后，先有了物种个体数量的大幅增加，然后有了多种类的爆发。当然生命也为此付出了代价，这就是死神的降临，只有遗传基因是永存的。内因之二，寒武纪初期，生物组成基因数目达到临界点。在5.6亿年～5.3亿年前的3000万年间，生物基因由简单的6个～8个不断扩增到40个～50个的临界点，直接导致生物形态多样化发展。内因之三，生物之间的竞争、共生关系可能产生新物种。例如，寒武纪初期的钙沉淀细菌与软体动物共生导致基因重组产生带壳动物。


　　生命的演化进程除自身的因素外，还与外界因素有着密切的关系。众多互不相干的生物门类同时卷入了寒武纪早期生命辐射演化和生物矿化事件，除了生命具备的条件(内因)外，还与我们所知不多的当时全球性环境变化(外因)有关。外因之一，寒武纪初期大气含氧量上升。地球经过太古宙、元古宙将近40亿年的演化，火山活动和外星碰撞减少，安宁了许多，大气中的二氧化碳大部分转移到了海水中，形成碳酸钙，成为岩石圈的一部分，把位置让给了氧气。再加上大量藻类辛勤的劳动，氧气含量急剧上升。科学家估计，到寒武纪初期，大气中氧气的含量已达现在的10％，大大激发了生命生活方式从厌氧到好氧的转化，从而加快了细胞的进化活动，促使较大的复杂动物出现。外因之二，海水中磷的增加。数十亿年的火山活动和地表水侵蚀岩石圈，使得海水中的磷含量稳步上升，形成全球性的元古宙末期大型磷矿床。近海岸河流人海口附近的微小生命结合水中的磷、钙元素形成内外骨骼来逃避天灾。当这些自养生物发展到一定程度，超过环境承载量，便开始互相吞食。从此引发“军备竞赛”，用磷、钙做出“刀枪”、“盔甲”，摩拳擦掌，大干一场。外因之三，“雪球事件”的结束。在元古宙末期，地球上的大部分地区被冰川覆盖，称为“雪球事件”。这个冰封时期长达千万年，生命调整自己的适应能力，一组组实验基因被组合，老弱病残被淘汰，只有最优秀的遗传密码，最顽强的生物被挑选出来。冰期过后，地表开始升温，海平面上升，大陆架面积增大。产生了基本的大气分带和复杂多样的环境。经历了冰封洗礼的优秀分子为适应多样的环境，种类和数量都急速扩张。外因之四，地球在宇宙中的恰当位置开启了生命遗传密码。现代天文学告诉我们，地球除了自转，还绕太阳公转，还与太阳系一起绕银河系中心运动，整个银河系还绕宇宙中心运动。这个过程中，时刻变化的宇宙射线会直接接触到组成生命的元素的原子结构，引发基因重组。基因急速重排、扩增，表现出来的形式就是生命的多样化。


　　5.3亿年前的澄江帽天山地区是一片温暖的热带浅海湾，孕育着地球早期的“先民”。现在就让我们乘着想象这艘“潜水艇”回到遥远的寒武纪海洋，看看围绕在我们周围的各种奇异生物吧!
　　首先你绝对不会错过奇虾这种寒武纪的海洋巨无霸。它是寒武纪的顶级猎食者，当时的动物平均大小只有几毫米到几厘米，它却能长到2米以上!它拖着长长的扫帚形尾叉，目空一切地遨游在海洋中上层，用长在长柄上的一对巨眼扫视着周围水域，寻找它最爱的食物――瓦普塔虾(在奇虾消化道和粪便中发现大量瓦普塔虾残骸化石)。当有瓦普塔虾游近它，奇虾就会用寒武纪第一兵器――原鳌肢(一对锯子般的附肢)迅速钳住它，并把它送入口中，可怜的瓦普塔虾就这样化为碎片了。以奇虾为代表的多种大型猎食动物的发现意味着，在寒武纪早期海洋生态系统已经存在相当完整的生态金字塔。而奇虾的发现也和它本身一样充满传奇色彩。



1892年，怀特乌斯描述了采自加拿大斯特劳山奥古格匹斯页岩的奇虾附肢化石，他认为是一种缺失头部的虾状节肢动物化石，因此命名“奇虾”。1911年，瓦尔考特发现它的环状口器，解释为水母状生物。后来，又有缺失腿部的奇虾化石被发现，科学家们感到非常奇怪，如此庞大的节肢动物竟然没有腿?直到澄江帽天山的目前最完整的奇虾化石出土，人们才有幸一睹它的真面目。
　　有了奇虾这样的巨怪，瓦普塔虾只能小心翼翼地成群活动。它们在海底觅食，在当时十分常见，是原始消费层的主要成员。
　　随处可见星口水母钵成群四处飘荡，它们借着水流推动着长约15厘米的圆盘形身体，让长在身体一侧的触手旋转来滤食。身体还能变形，扬“帆”漂移，偶尔也会用触手鞭打几下，奋力一游。
　　在星口水母钵身上，你能发现地球上的步行先驱――怪诞虫(两者化石常保存在一起)。它长约2厘米，用10对末端带钩、不分节的软腿(叶足)攀附在星口水母钵上。背上还生有7对长长的硬刺。同样，它的得名也是出于科学家的震惊，1977年英国古生物学家莫瑞斯误把怪诞虫的腹背颠倒了，想象它是靠腹部的硬刺行走，而用背部的触手游泳!这个错误也由澄江的完整化石更正了。


　　怪诞虫还有种同样怪诞的表亲――微网虫，它也常攀附在星口水母钵上。毛虫状的它长约8厘米，身体两侧却长着9对骨板。这些网状骨板精细无比。酷似三叶虫的复眼。于是它又被叫做“九眼精灵”。至于这些骨板是否真是复眼，目前尚无定论。有学者认为骨板是连接身体和腿的“膑骨”，还有学者认为这些管道是物质交换和呼吸的通道。微网虫让科学家摸不着头脑，它的头到底在哪一端?最初科学家将它较粗的一端解释为头，后来经过对比同时期动物结构，基本确认较细一端才是它的头。
　　接着我们把目光投向海底，各种各样的海绵动物五彩斑斓，令人眼花缭乱。在这些林立的“大厦”中，最高大的莫过于对角四层海绵，它们是多细胞集合体与多细胞动物之间的过渡型生物，一辈子固着在海床上，过滤海水。获取食物(腐烂的有机质、菌、藻类，生物幼体和溶于水中的氨基酸等)，长得越高，过滤的海水也就越多。为了支撑高大的身体，它长出脚手架般的四层纵横交错的钙质骨针。第一层横向骨针，第二层纵向骨针，第三层右斜向骨针，第四层左斜向骨针――由此得名对角四层海绵，澄江动物化石群中的海绵化石是目前保存层位最低，保存大量完整海绵骨骼化石的唯一产地。
　　与之相比，先光海葵则秀美得多。有16条触手的它美丽多彩，素有海之花的美名。身为刺细胞动物的它比海绵更先进，具有初级的组织分化和原始的神经系统，可算是真正意义上的多细胞动物。但千万别被它美丽的外表给骗了，它们是天生的杀手，看似花瓣的触手中富含刺细胞，随时准备着向经过的动物放冷箭。刺细胞动物包括水螅、海葵、珊瑚和海蜇等，是最原始的后生动物。


　　底泥中还生活着各种腕足动物和软体动物：日射水母贝――披着圆形外壳的它周身长满纤毛，如太阳光向四周放射，1987年发现时被误认为是水母，命名为“日射水母”，1992年科学家们才重新把它定为腕足类动物。豆芽形的小舌形贝与现代的海豆芽极为相似，被认为是慢速进化的典型代表，从而成为渐变论的重要支持证据。长锥形的软舌螺长度可达3米，口端有一个盖，两端伸出它一对弯月般的附肢。它是软体动物最古老的代表，在寒武纪和奥陶纪盛极一时。


　　穿梭于“大厦”和“花丛”中的则是我们早已熟悉的三叶虫――曾经是寒武纪的代表。它们得名于横向纵向均分三块的背板，是寒武纪最常见的动物类群之一。其中还夹杂着各种别的节肢动物。仔细看，你会发觉它们的形状、大小各不相同。科学家们充分地发挥了想象力为它们命名：以发现地点命名的抚仙湖虫、跨马虫、云南头虫，加拿大虫；以发现者名字命名的周小姐虫、纳罗虫、始莱得利基虫；根据奇特外形命名的菱头虫、海怪虫、灰姑娘虫、中华月亮谜虫等等。
　　最后想看看人类的祖先吗?我们去看云南虫!先做好心理准备，它毫不起眼，看上去就像条灰色小蠕虫，以s状扭动着身体，小心翼翼地游动在海中，生怕被奇虾等猎食动物发现。在节肢动物横行的年代，不具硬壳的我们的祖先如此卑微，似乎就要从进化之梯上滑落下来。但正是它具备了当时最先进的(同时似乎也是不必要的)结构――脊索。现今一切脊椎动物都由它们发展而来，脊椎能使动物拥有巨大而又灵活的身体(就像恐龙那样)，还能使动物脑体积“大跃进”般的发展，最终才有我们人类的诞生，也让地球步入智能时代。
　　试想当时的脊索动物要是真被淘汰了，就不会有恐龙时代和我们人类社会。取而代之的将会是怎样的世界?会由直立的节肢动物统治地球吗?打开电视(如果它们发明了电视)会出现各种虫鸣吗?也许在它们家中还会饲养着云南虫这样的脊索动物作为宠物吧?


　　正当我们看得如痴如醉时，灾难发生了。几百年一遇的大风暴把川滇古陆上堆积达几百米高的泥沙猛地推进这片浅海。顿时海底漆黑一片，各种生物――包括奇虾，根本来不及逃跑就窒息死亡了。迅速掩埋的泥沙把它们立体地保存下来，甚至来不及被微生物分解(或是缺少微生物和食腐动物)。它们留在了泥沙里，在几亿年的地质作用下形成了化石。就这样，地球古老先民的悲剧才被永久地保存在现在澄江帽天山中。
　　寒武纪已离我们远去，那些梦幻般的奇妙生物只有静静躺在页岩中，守护着它们的秘密，等待人们发掘，追忆一个不属于我们的年代。