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发表于 2010-7-6 08:53:22
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及至二十世纪初，全球寒武系地层已经相互连成一片，几乎全都指向一个结论：多细胞动物化石好像是在寒武系地层里突然出现一般——不过在地质历史上，“突然”二字对应的时间可不是指上帝六天创造万物，而是几百万年。2 _! c; w6 ^! l2 D
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不过，比起时间坐标的突兀，更令人惊叹的却是另外一点：除了一种叫做“苔藓动物”的奇特生物之外(和植物中的苔藓没有联系，但长得有点像)，几乎所有的重大生物类群全在寒武纪出现了。这一集体亮相让进化论原理之一——“共同祖先理论”有点尴尬：如果说所有生物都有共同祖先，那么这么多身体构造大不相同的生物怎么会集中在这么短的时间里出现呢？理论上倒不是不可能，但是实在过于特殊了。因此很多人怀疑，这种突然性不过是化石保存的问题：之前的生物并不比寒武纪少很多，只不过由于缺乏硬骨骼等原因，没能保存为化石。. O3 m5 j0 W, `& P, T& B7 y
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【克劳德的挑战：寒武纪大爆发】 v7 Z' `, n- ?) K
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这时普雷斯通·克劳德(Preston Cloud)出场了。虽然不能说他发明了“寒武纪大爆发”这个概念，但他确实是第一个严肃考虑此可能的人。在1948年的一篇文章里，他指出，我们看到的“突然爆发”可能并非假象，而恰恰反映了寒武纪时的一次重大演化革命。换言之，在寒武纪可能发生了快速的、爆炸式的辐射演化，在短时间内产生了大量的新类群。诚然，后来发现在寒武纪之前不久出现过软体的埃迪卡拉动物群，但是它们数量上远不能和寒武纪相比，且形态上也差异过大，很可能并非现代生物祖先。和宇宙大爆炸不同，寒武纪的爆发并不是指生命的起源，倒更像生命的绽放——从平淡无奇的单细胞生物一跃成为华丽丰盛的多细胞世界。这对整个生物圈而言，无疑是一次伟大的新生。
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但是为什么偏偏是寒武纪？克劳德倾向于认为，在那时大气氧含量超过了一定程度，足以支持多细胞生物的成长。绝大部分真核生物的生存都需要氧气。对于单细胞而言，全部的氧气都可以靠细胞膜的渗透获得；但是当多个细胞聚集到一起时，体积增大而相对表面积减小，就需要更高的氧气浓度才能够用。当然再往后可以用其他的方法补救，比如演化出鳃、肺和血液循环；但是这第一个门槛必须迈过去。6 r! S# \) w d1 u
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证据呢？克劳德指出，在海水中二价铁离子和氧气是不兼容的，相遇就会氧化形成三价铁进而沉淀，形成所谓“条带状含铁建造”。这种沉积物曾经遍布太古宇的地层，但在大约18亿年前突然不再形成了。由于氧气可以不断生成，而铁却无法补充，这个停止只能有一种解释：海水里的二价铁在此时被耗尽；而氧气也终于可以开始积累了。克劳德估计，按照这个速度，差不多在寒武纪，氧气足够达到可以维持多细胞生物的浓度。当然，这个估计的证据并不很充分，但是他的挑战已经摆上了擂台：如何证明寒武纪是或者不是一次真正的爆发？如果是，原因又是什么？& o$ P8 e6 g0 N7 }$ L7 Z
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【布尔吉斯页岩，自然界的宏大实验？】
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达尔文时代对于寒武纪早中期最大的认识就是所谓的“小壳化石”：顾名思义，就是各种各样类似小贝壳的化石，体积很小又往往破碎严重，很难看出什么所以然。在1948年克劳德提出寒武纪大爆发假说时，虽然化石丰富了许多，但是仍然处在“正常”的范围之内。只有当著名的“布尔吉斯页岩”被重新发现之后，人们才意识到寒武纪是一次多么壮丽的绽放。
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其实去年不但是达尔文诞辰两百周年，也是布尔吉斯页岩发现的一百周年；它是由查理·沃科特——就是发现前寒武生物遗迹的那位——1909年在加拿大布尔吉斯山间小路偶然发现的，当时他已59岁。可惜，布尔吉斯位处偏远山区，马是唯一的交通工具；他本人当时更关注于前寒武的生命，而他的考察队规模又太小（连他的妻儿都随他一同来打下手），种种原因导致他在布尔吉斯页岩上没有花太多的精力。之后的十五年野外考察里，其中只有五个发掘季度用在了布尔吉斯页岩上，用于整理和描述的时间也不是太多。因此，尽管他在论文中将此处描述为“含量最丰富、保存最精美的中寒武世化石”，但是他在描述分类时仍然沿用了当时的分类学惯例，结果是六万件标本全部归入了已知的门类。1927年他逝世之后，布尔吉斯有一段时间几乎被遗忘了。' r; Q* b9 U+ P
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但是三十多年之后，当莫里斯（Convay Morris）等人重拾对布尔吉斯的研究时，惊讶地发现很多物种的身体构型非常特殊，很难归入传统的分类单元之中。一时间，许多人开始考虑为这些奇形怪状的东西建立新的纲甚至门。班特森（Stefan Bengtson）在1977年提出，有可能寒武纪大爆发的规模比克劳德以为的还要大，实际上这场爆发可能是自然界一次狂放的实验，前无古人后无来者；其间创造出了各式各样的“怪物”，它们大部分是不成功的试验品，不久即告灭绝，只有少数存活下来，成为后来其它物种的祖先。
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这个假说确实非常令人振奋。当一部分生命在寒武纪第一次抵达足够的复杂程度时，它们看到了怎样广阔的世界啊！万物新生，一切景物都是新鲜的，一切可能性都在眼前。倘若果真如此，那么寒武纪的新生无疑是生命史上最重要、最激动人心的一刻。因此，著名古生物学家斯蒂芬·杰伊·古尔德，笔者的偶像，在此假说的基础上出版了Wonderful Life 一书（中译本《奇妙的生命》）。书中描述了布尔吉斯页岩里种种奇特得超出我们想象的生物，结论是：寒武纪大爆发是生命的终极实验。他甚至认为，倘若我们把整个生命历史倒回开头重放一遍，那么实验结果很可能与现在大相径庭——或许是那些怪物在寒武纪存活下来，而我们会变成连自己都认不出来的形态；智慧生命甚至可能都不会诞生。9 v7 G# w- s, c$ w
. C9 s& _) O; H) h$ L& K这本书文笔生动，内容有趣，读来毫无晦涩之处，因此在外行人当中获得广泛好评，影响极大。（可惜江苏科技出版社的中译本就翻译得一塌糊涂，错译比比皆是……这年头科普著作的翻译问题很大啊。）然而学术圈子里，这本书却掀起了轩然大波。 |
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狗仔卡
发表于 2010-7-6 08:50:19
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