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*地球上最古老的生命是什麼樣的?為何突然消失?*

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              *地球上最古老的生命是什麼樣的?為何突然消失?*

                      2020年01月22日08:16 新浪科技

當複雜生命在遠古地球上出現時,它們看起來與我們今天所知的一切生命都截然不同。

在加拿大紐芬蘭島的東南端,崎嶇的懸崖聳立在海面上。這些嶙峋的岩石被稱為“誤導點”(Mistaken Point)。之所以取這麼個名字,是為了向許多在此遇難的船隻致敬。歷史上,許多水手曾將這裡“誤認為”附近的雷斯角,繼而轉彎向北行駛,使他們的船在不久後就撞上礁石。如今,這些陡峭的懸崖之所以出名還有另一個原因:它們處於一場爭論的中心,而這場爭論或許能解開地球上最大的謎團之一——複雜生命是何時開始以及如何演化的。

“在岩石周圍行走,你會發現它們表面覆蓋著成千上萬的化石,”牛津大學的古生物學家弗蘭基·鄧恩(Frankie Dunn)說道。

這些化石從約5.7億年前的埃迪卡拉紀(Ediacaran)保存至今,當時一系列的火山爆發使海底覆蓋上了火山灰,為當時的生命提供了“快照”。鄧恩說:“我覺得這就像在龐貝周圍散步,你可以看到生活在那裡的生物的鬼魂被火山灰掩埋;這真是一種不可思議的體驗。”

這些埃迪卡拉紀化石預示著地球歷史上一個分水嶺時刻。在此前的40億年裡,海洋一直是單細胞微生物的保留地,但突然之間,其中卻充滿了新的複雜生命。而且,這些生命簡直太奇怪了!它們與我們今天看到的生命形態完全不一樣。

有些,比如葉狀形態類生命(rangeomorphs),形似巨大的帶葉蕨類植物。另一些則類似灌木,或者說類似捲心菜形狀。許多生物看起來像沒有形狀的囊,或者像絎縫的薄枕頭,還有一些看起來像巨大的海筆。

“大多數埃迪卡拉紀動物的身體柔軟,有些濕潤,”美國范德堡大學的古生物學家西蒙·達羅克(Simon Darroch)說,“形成貝殼或骨架的能力直到埃迪卡拉紀末期才出現。”這些奇怪生命形態及其身體構造一直困擾著科學家,他們一直在努力將這些生物放到生命演化樹中。

“在歷史上的不同時期,我們曾認為它們都是某個類群,或者都是另一個類群,”達羅克說,“在某種程度上,它們都是水母;而從另一個角度看,它們又都是一類被遺忘的,已經消失的動物生命,早已滅絕。在過去20年裡,證據越來越明顯,它們可能代表了各種各樣的生物體和生物群,其中一些屬於動物。”

可以確定的是,這些動物至少比5.41億年前的“寒武紀大爆發”早了大約4000萬年。寒武紀生命大爆發是一場相對短期的進化事件,當時的動物化石記錄中突然出現了一些可識別的身體部位,比如鰭、腿、殼和骨骼等,並顯示絕大多數動物“門”都在這一時期出現。換言之,現代動物的祖先大多可以追溯到這一時期。

然而,埃迪卡拉紀生命的最大謎團在於,它們經歷了什麼?它們曾經一度興旺發達:從俄羅斯到澳大利亞,從納米比亞到中國,世界各地都發現了葉狀形態類生命和其他動物的化石。然而,在它們首次出現約3000萬年後,就突然從化石記錄中消失了。

寒武紀生命的崛起

查明真相的關鍵可能在於納米比亞南部一個名為“納馬群”(Nama Group)的化石群。大約5億6千萬年前,地球剛剛經歷了一次冰河時代,正在開始解凍,這個地區被冰川水淹沒,形成了一片淺海。現在,你可以向任何方向行走數百公里,看到曾經生活在那裡的動物記錄,就呈現在岩石表面。

該遺址之所以引人注目,是因為它是為數不多記錄埃迪卡拉紀和寒武紀之間過渡時期的地方之一。在地球生命史上,這段時期顯得尤為動盪。

2013年,達羅克在納馬沉積物中發現了大片非常類似洞穴的地形,表明一些早期動物曾在這裡覓食,並攪動著海底。

“大多數埃迪卡拉紀生物是相當簡單的動物,它們不會四處移動,做的事情也很有限,而且它們傾向於生活在離食物來源很近的地方,比如在海底發現的黏稠的微生物墊,”達羅克說,“然而,從5億4千萬年前開始,在納米比亞,不同穴居行為的強度和多樣性都在穩步增加,這表明這些動物更加靈活,它們覓食的方式也變得更加聰明。”

達羅克認為,這些更加現代、更具有寒武紀風格的動物的到來,可能以埃迪卡拉紀生物不喜歡的方式改變了環境,比如攪動沉積物和乾擾微生物墊,導致埃迪卡拉紀生物更難獲取食物。沉積物中的一些洞穴看起來也和海葵形成的洞穴一模一樣。海葵是一種食肉動物。如果當時有類似的捕食者,那無疑將為埃迪卡拉紀生物敲響喪鐘,它們將無法逃脫。

然而,其他科學家對這一理論表示懷疑。英國愛丁堡大學的碳酸鹽地球科學教授蕾切爾•伍德(Rachel Wood)表示:“這些生命形態愉快地共存了數百萬年,而且有證據表明,它們本來就生活在不同的海域,因此不一定會在生態上發生相互作用。”

災難性事件

科學家們越來越認同的另一種觀點是,海洋含氧量的下降可能導致了地球上第一次大規模的生命滅絕,其規模之大,可以和小行星撞擊地球導致恐龍滅絕的事件相提並論。

通過測量不同類型鈾在沉積岩中的相對含量,地質學家可以計算出數百萬年前海洋的氧含量。當周圍的水含氧量低時,岩石會吸收較重的鈾;而當含氧量高時,岩石會吸收較輕的鈾。通過這種方法,科學家們發現,在埃迪卡拉紀時期,海洋中的氧氣含量波動很大。在第一批動物出現之前不久,氧氣含量是上升的;而在它們滅絕前不久,氧氣含量則呈下降趨勢。

一項研究計算得出,當時海底被低氧(缺氧)水覆蓋的比例可能已經上升到60%至70%。相比之下,現代海洋的這一比例約為0.1%。

參與這項研究的弗吉尼亞理工大學古生物學家和地球生物學家肖樹海教授表示,有定量證據表明,當時海洋缺氧狀態在全球範圍內擴大,在時間上與埃迪卡拉動物的消失密切相關。

當缺乏氧氣的海水慢慢漫過最初動物生命繁盛的淺海時,一些物種可能比其他物種更能適應。肖樹海教授指出,許多埃迪卡拉動物是固著的,意味著它們不能移動,因此如果有快速的環境變化,它們將無法適應,更容易滅絕。如果是移動的動物,就如許多寒武紀動物,它們有更好的機會移動到“氧氣綠洲”,比如含氧量較高的小片區域,或者淺水的氧氣避難所。不管埃迪卡拉紀生物衰落的原因是什麼,它們的消亡實際上可能為後來的寒武紀動物大爆發鋪平了道路。

“觀察任何一個地質時期,你經常會發現這樣的翻轉事件,在滅絕速率上升之後,物種形成速率也隨之上升,這似乎就是生命的發展過程,”蕾切爾·伍德說,“一旦生命演化至佔據了某個生態位,要讓它們消失就必須付出巨大的能量。因此,如果發生了某些事件,移除了這些生命形式,這意味著其他生命有機會演化出來,再次佔據這些生態位。”(任天)

「寒武紀生命」的圖片搜尋結果

寒武紀大爆發(亦稱寒武紀生命大爆發,Cambrian Explosion),是相對短時期的進化事件,開始於距今5.41億年前的寒武紀時期,化石記錄顯示絕大多數的動物「門」都在這一時期出現了。它持續了接下來的2千萬年-2.5千萬年,它導致了大多數現代動物門的發散。

因出現大量的較高等生物以及物種多樣性,於是,這一情形被形象地稱為生命大爆發。這也是顯生宙的開始。在世界各地發現的化石群共同印證了這一生命進化史上的壯觀景象,例如在加拿大的伯吉斯頁岩,和在中國雲南省澄江化石地等。這一時期的化石群相當典型,非常多的不同種類的生物幾乎同時在這一時期出現。 

寒武紀大爆發的事實證據也曾讓達爾文非常困惑,在《物種起源》中寫道:「這件事情到現在為止都還沒辦法解釋。所以,或許有些人剛好就可以用這個案例,來駁斥我提出的演化觀點」。但即使到達爾文死後一百多年的今日,寒武紀大爆發依舊是科學界的一大謎題,尚待更多的考古證據出土,也許就能窺見當時的實際情況,找出真正的原因。

針對寒武紀大爆發,學界曾經提出過幾種假設: 

1.地球在寒武紀之後才出現足以保存化石的穩定岩層,而前寒武紀的沉積物毀於地熱和壓力無法形成化石。

2.動物到了寒武紀才演化出能夠形成化石的堅硬軀體。

3.大氣中累積足夠的氧氣量,足以使大量動物短時間演化,並且形成臭氧層隔離紫外光。

4.某些演化出眼晴的掠食性動物侵入物種穩定平衡的地區,減少原先佔優勢的寡佔物種,釋放生態棲位給其餘物種,並由於捕食-被捕食的競爭關係中促進大量物種歧異度的增加跟演化。

5.大爆發只是個假象,寒武紀初期生物的多樣性產生只是類似族群生長曲線,S形曲線中的快速上升段。

近年來研究認為,寒武紀大爆發跟埃迪卡拉紀末期滅絕事件有關:該次菌藻等單細胞生物滅絕事件結束了隱生宙,為多細胞生命在顯生宙的發展鋪平了道路。

近30年來,包括我國在內的全球科學家在動物起源和寒武紀大爆發研究領域獲得一系列重大科學發現,為破解這個科學難題做出了重要貢獻。例如,我國雲南的寒武紀早期澄江動物群(5.2億年前)中發現了包括原始脊椎動物在內的幾乎所有已知現代動物門類化石,同時全球各地發現了比澄江動物群還早的、具有各種各樣骨骼和礦化外殼的動物化石。這些寒武紀早期的化石發現進一步證實了動物寒武紀大爆發的真實存在,並加大了寒武紀大爆發的突發性。

揭示動物在寒武紀大爆發之前的演化歷史是破解寒武紀大爆發之謎的根本途徑。近幾十年來,寒武紀之前地層中也相繼發現了大量形態看似複雜、具有動物特徵的化石。比如,前寒武紀末期全球各地發現的典型埃迪卡拉生物群、我國皖南的藍田生物群、貴州的甕安生物群等等。但是,這些化石與寒武紀的動物化石差異非常大,一般認為沒有任何演化上的關係。

依據目前發現的化石資料,學界的基本共識是,前寒武紀末期發生了一次全球性的生物大滅絕事件,這次大滅絕事件與全球海洋一次巨大的碳同位素負異常事件(BACE事件)在時間上相吻合。因而,這次生物大滅絕事件被認為是由地球環境異常變化引起的,而且這種認識同樣支持了寒武紀大爆發的突發性,使得寒武紀大爆發之謎變得更加撲朔迷離。

據科學家在最新一期《科學進展》(Science Advances)發表的研究報告中描述,2.52億年前的晚二疊紀物種大滅絕時期,有大約90%的物種消失。但令人驚訝的是,化石顯示,大滅絕時期之後很短時間內突然出現極多的新物種(又稱「物種大爆發」)。「我們的發現完全出乎意料。」參與此項研究的法國勃艮第大學(University of Burgundy-Franche-Comté)古生物學家阿諾·布雷亞(Arnaud Brayard)說。

科學家在美國愛達荷州貝爾萊克縣(Bear Lake County)出土的化石中,鑑別出30個物種,說明2.5億年前生物大滅絕之後的很短時期又出現豐富多樣的生物,它們組成了非常複雜的生態系統。 

科學家進一步分辨出肉食類動物,如身長兩米的鯊魚,以及海洋爬行動物、脊骨魚、類似章魚的動物,還有各種貝殼類生物、海星、海綿等。

科學家甚至看到一個甲殼類動物長著大眼睛及怪異的細前鉗。這些物種在大滅絕後的130萬年內即達到非常繁盛的程度。

對此,布雷亞解釋:「這段時間從地質年代角度講是非常短暫的。」 

也就是說,生物學家無法用進化論來解釋這些新物種爆發式出現的現象。生物學家也無法解釋晚二疊紀物種大滅絕的原因。

布雷亞說:「(晚二疊紀之後的)早三疊紀是一個複雜的、劇烈變化的時期,但一定不是以前普遍認為的那種(沒有生命的)恐怖時代。我們對這個時期(的生命之謎)幾乎完全不了解。」 

另據英國《每日郵報》2月15日報導,古生物學家認識到幾次物種大滅絕,如約4.4億年前的晚奧陶世,當時有大約85%的海洋物種消失,其餘四次包括大約3.75億~3.59億年前的晚泥盆世、2.52億年前的晚二疊紀、之後的晚三疊紀以及晚白堊紀大滅絕。 

化石紀錄顯示,每一次物種大滅絕之後,都是突然出現繁盛的新物種。值得一提的是,著名的寒武紀生命大爆發更是進化論者一直無法解釋的物種來源之謎。

歐巴賓海蠍為寒武紀大爆發現代興趣做出了最大的單一貢獻。

台長: 幻羽

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