文明的种子

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7.3 物种大爆发

2016-07-01 16:09:36 本文行家:吴彦鹏

寒武纪动物化石出现的“突然性”和前寒武纪动物化石的缺乏,甚至让达尔文感到困惑。很多科学家将大爆发的原因归结为“有性繁殖”的出现,因为有性繁殖加快了繁殖过程的变异性,从而加速了生物的多样性。

虽然生命起源还是个谜,但地球生物通过进化机制从简单到复杂,直到产生出人类,这一过程已被更多的人所接受,也可以用化石、基因等科学的方法加以佐证。

根据考证,在生命起源后长达三十多亿年的时间里,生命的形式都是极简单的微生物,简单到它们最多只是单细胞,或者连细胞结构都没有。而且这些微生物都生活在水里,陆地上依旧是荒芜一片。但是,在距今5.4亿前的某一个历史时刻,地球上突然出现了大量形态各异的多细胞生物,接着就出现了动物和植物的分化,体型越来越大。几个重要的生物分支分批的登上大陆,在那里呼吸空气,完成更高级的进化。科学家们把那个很短的时期叫做“寒武纪生命大爆发”。

寒武纪动物化石出现的“突然性”和前寒武纪动物化石的缺乏,甚至让达尔文感到困惑。很多科学家将大爆发的原因归结为“有性繁殖”的出现,因为有性繁殖加快了繁殖过程的变异性,从而加速了生物的多样性。目前,在已知的从细菌到高等动植物150余万种生物中,能进行有性繁殖的种类占98%以上。

植物是生命进化的先锋, 20亿年前的蓝藻就可以被认为是古老的植物,它们即渺小,又伟大。它拥有植物最大的特点,能通过光合作用获取太阳能,并以碳的形式将能量存储起来。在这个过程中,藻类还放出了大量氧气,使地球的环境变得适于后来的物种生存。

生命大爆发生命大爆发


“生命大爆发”后的植物进化就像现在的电子产品升级换代一样,一次次获得更强大的装备。

4亿多年前,绿藻的后代开始从水中登上陆地,它们进化出具有维管系统的蕨类植物。在维管出现之前,植物的状态,要么像在水中漂浮的藻类,要么像在陆地上附着的苔藓。维管产生后,植物不仅能长出高大的根茎叶,还能在机体内部传递水和其他养料。从此生物开始站立于大地之上。

2亿5千万年前,以松柏、银杏为代表的裸子植物开始兴起,这些植物已经拥有了更为庞大的机体,世界上最高的巨杉可以超过百米,重超过千吨。除此之外,裸子植物还是地球上最早的种子植物。以前的植物的生命延续主要靠细胞分裂进行,而种子作为专门的生殖工具有其强大的生命力。比如,在气候变化的情况下,母体会死去,但种子可以存活千年,等气候适合的时候重新发芽成长。

1亿4千5百万年前,被子植物开始出现,作为种子植物中的新一代物种,被子植物的种子不仅被包裹了果皮,还增加了“花”这个两性繁殖的器官,这在遗传、发育的许多过程中获得了更大的竞争力。现在,陆地上大多数地表都已经被这种绿色开花的植物所覆盖,它们在赤道附近形成茂密的原始森林,在中纬度有片片的农田,在高纬度有广袤的草原。

地球上最早的动物是什么?这一问题在科学界争议很大。一般认为最早的动物也是单细胞的,只不过它们放弃了光合作用,而是直接或间接地吃掉植物细胞,用氧化碳的形式获取能量。在“生命大爆发”后水中出现了类似水母的多细胞的软体动物。和植物登陆需要维管系统一样,动物最终发展出骨骼、血液系统和神经系统。

骨骼长在外面的,进化出节肢动物,比如水中的虾、蟹,陆地上的昆虫,这是所有动物中种类及数量最多的一群,已发现100多万种。

骨骼长在里面的,进化出脊椎动物,这就是我们人类所在的这支队伍。脊椎动物同样出现在5亿年前那次生命大爆发,其最主要的特征是身体里有一根脊椎。对于这根最有特色的骨骼组织,其不仅可以让动物的身体如植物的枝干一般长得高大,更主要的是在脊椎内保护着的一条中枢神经,让他们越来越聪明。比如:相比于软体动物和节肢动物,鱼类出现后,简直是海洋世界横空出世的金刚。在4亿年前出现的邓氏鱼,体长可达10米,体重可达4吨,它的食物不再是植物,而是其他动物。

继植物和昆虫之后,鱼类最终也登上了陆地。在距今3.5亿年前的泥盆纪晚期,每当陆上的气候变得干燥,河流与湖泊周期性地变成污浊的池塘和广阔的泥滩。使得一些鱼类遇到了强大的选择压力。它们要么死掉,要么想方设法用其他方式获取水源和氧气。自然选择了一个可以在陆地上呼吸氧气和爬行的分支,于是两栖动物和爬行动物相继产生了。

爬行动物是第一批真正摆脱对水的依赖而征服陆地的脊椎动物。最初的爬行动物和海龟类似,都是腿长在身体两侧“趴”着行走。在约2.5亿年前一次生物大灭绝事件(地球上超过90%的物种消失)后,大中型动物反而都“站”了起来。这是人类直立行走之前,动物界最重要的行动方式改变。“直立”比“趴”可以承受更大压力,而且可以让动物在陆地上飞奔起来,不久后迈着坚实步伐的恐龙就产生了。

最初,大多数恐龙很小巧,最多只有一部人力三轮车那么大。在取得竞争优势后,经过八千万年的演化,有的恐龙就进化成拖拉机那么大了。当时天上飞的有翼龙,海里游的有鱼龙,陆地上爬的有剑龙、鸟龙、霸王龙……,它们既有吃“草”的龙,也有食“肉”的龙。在当时的地球上,恐龙占据了海、陆、空三度空间的各个领域。恐龙不仅体型巨大、种族繁盛,其鼎盛时期更是长达一亿六千万年,相比之下人类起源至今只有几百万年。

这里还需要补充说明一下与生物进化相关的地球环境变化。大陆漂移学说认为地球上的陆地并不是一直是我们目前看到的七大洲的样子,他们有时聚合成一整块超大陆,有时分裂成很多小块陆地。地质学家把这种周期性的聚合和分离叫做超大陆旋回。比如:在恐龙刚刚繁盛的时期地球上的陆地还是连在一起的一整块,我们叫它“盘古大陆”。后来大洲之间出现裂缝(就像今天的东非大裂谷),到6500万年前分裂成今天的几片大洲,所以现在在南极洲也能找到恐龙化石。

除了超大陆旋回,地球上还有冰期旋回。地球上的温度并不稳定,曾历经多个温度持续下降的“冰期”。关于冰期的成因学界至今仍无一定论,部分学者认为,可能和地球自转时,地轴倾斜角度的改变有关。在地球历史上甚至发生过著名的“雪球事件”,这是一种非常极端的冰川作用,冰川会一直从两极蔓延到赤道,整个地球就形成了一个大雪球。

除了地壳运动、冰期之外,还有氧气占比变化、小行星撞地球等事件。所以地球上的生物可谓多灾多难,甚至发生过好多次生物大灭绝事件。但进化的机制恰好让地球生物拥有着强大的生命力。它们在气候舒适的时候竞争资源,不断产生新的物种,在遇到灾难时,适应环境变化的物种存活下来,此后又借助优势壮大起来。

离我们现在最近的生物大灭绝事件就是:高大的恐龙在6000万年前突然在地球上就灭亡了。就在恐龙刚刚灭亡时候,矮小的哺乳动物却强大了起来。和恐龙相比,哺乳动物有两大优点:一是拥有恒温的身体,可以抵抗多变的气候。二是以胎生代替了卵生,提高了后代的成活率。这些改变很快让哺乳动物跑到了生态链的最顶端。

在哺乳动物中,有一只富于感情、只有老鼠那么大的小动物——原始狐猴,它灵巧的攀上树梢,眺望远方,开启了向人类进化的征程。

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