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第一章 藻类和无脊椎动物时代（第1页）

大约25亿年前到4。38亿年前，生物界经历了元古代的藻类繁荣、寒武纪的无脊椎动物第一次大发展和奥陶纪的无脊椎动物全盛时期。藻类是元古代海洋中的主要生物。寒武纪时各门类无脊椎动物大量浮现，这一现象被喻为生命大暴发。其中最繁盛的是三叶虫，约占当时动物界的60%，因此，寒武纪被称为三叶虫的时代。奥陶纪时各门类无脊椎动物已发展齐全，海洋呈现一派生机逢勃的景象，一直到奥陶纪末期的生物大灭绝。

1．生命的起源

生命是如何在地球上开始起源的，或者说生命这东西到底是由什么物质催生出来的，一直都是科学界的一个难解之谜。虽然科学家们提出了各种各样的假设，但都没有绝对令人信服的证据来证明这些假说的可靠性。不然，也就不会称这些解释的语言为假设。既然是假的，那就说明尚不确定。

一般地说来，生命的起源存在着宗教与科学两种方面的解释。宗教方面的，最著名的莫过于基督教的上帝造人的传说。据《圣经》记载，上帝用了五天的时间，创造了宇宙和大地万物，到了第六天，上帝说：“我们要照着我们的形象，按着我们的样式造人，使他们管理海里的鱼、空中的鸟、地上的牲畜和全地，并地上所爬的一切昆虫。”于是又造出了人类。

可这些所谓的“谎言”对于那些信徒来讲，是一点问题都没有的，他们绝对信服！可是，对于持无神论的人们以及研究生命起源的科学家而言，《圣经》之说恐怕不足为信。为此，科学家们也提出过各种各样的假设。比较经典的一种解释认为，生命是在地球漫长的岁月中逐步演化，从无机到有机，从低级到高级的过程。任何事情都是循序渐进的，所以像上帝那样只手创造整个世界，还是经不起推敲的！

地球形成之初，原本没有生命，只存在各种无机物。通过长时间的地球演化，含有甲烷、氨、氢气等小分子无机物的气体在紫外光、电离辐射、雷电等能量作用下，逐步生成了有机的小分子物质，如核苷酸、氨基酸，使原始的海洋成为一种“原始汤”，颇像今天的东北名菜“乱炖”。也就是简单的相对分子量有机物与地壳表面的水体作用所形成的含有机化合物的水溶液最终溶汇到海洋中所形成的产物。此后，“原始汤”中的这些有机小分子，经过了长时期的相互作用，在有硫、磷、金属等土壤的适当条件下进行缩合或聚合反应，逐步形成一些简单的有机高分子物质，如蛋白质、核酸等的分子。在此之后，海洋中的蛋白质、核酸分子数量不断增多，浓度也不断增加，在特定的条件之下，又被分离、凝聚，并脱离原来的海洋环境，构成可与外界进行简单物质交换的多分子体系。最后，这些多分子体系逐步演变，通过蛋白质和核酸的相互作用，最终产生了有原始陈新代谢功能并进行自我繁殖的地区早期生命。当初期生命产生之后，通过不断的演变、进化，旧物种消亡，新物种产生，这才逐渐形成了现在地球上多姿多彩的生物圈。

科学家们通过放电实验室等等方法模拟了早期地球的环境，并且证明了在该种条件下可以产生有机高分子物质，但对于产生生命的步骤仍然没能通过实验证明。的确，地球的年龄相比起宇宙存在的时间，还是太年轻了。人们怀疑在这么短的时间里，地球究竟有没有能力来完全独立的培养出自己的生命体系。为此，不少人把眼光投向了茫茫太空，试图从地球之外的世界寻找答案。他们认为，地球上的生命很有可能不是自发产生的，而是来自于地球之外的其他地方。比方说，很有可能来自于星际间的流浪者：彗星。

首先，根据科学家的研究，生命的力量实际上是非常顽强。而彗星彗核的主要成分是冰物质，这将很容易给原始的生命提供一个庇护的场所。同时，彗星作为一颗运动的天体，也将有较大的机会将生命的种子散布到整个宇宙当中。这便是一部分科学家推测彗星带来生命的重要原因之一。我们可以想象一下，当宇宙中产生了最初的生命微尘的时候，它们很有可能藏匿于温暖（相对宇宙空间的温度而言）并且含水丰富的汇合内部，并且一直非常顽强的随着彗星一起在宇宙空间中漂流。当然，这其中，绝大多数也许永远都只能够与彗星一起在太空中流浪，无法找到栖息之所。但也有一部分彗星有可能与某一颗行星发生碰撞。在碰撞的过程中，也许有一些生命无法承受碰撞巨大的高温而就此消失，此外还有一些虽然可能暂时存活下来，但由于缺乏生命发展必要的外部环境与条件，最终也会消失。所以，可能只有很少的一部分幸运儿能够真正的在一颗行星上存活，这也可以解释为什么发现生命是如此艰难的一件事情，以至于迄今为止地球人还没能找到任何一种地外的生命。

或者，不通过撞击的方式，仅仅是一颗彗星近距离的掠过地球，也有可能留下生命的种子。一些人认为，当彗星近距离的掠过地球的时候，彗核部分由于在高温下迅速蒸发，将有可能将含有有机分子（例如氨基酸）的有机尘埃撒落到地球上，这样也有可能成为原始生命的起源。

其次，彗星中所蕴含的大量的水分，如果通过与行星的撞击释放出来，也将为生命的创造与存活产生必要的条件。科学家们认为，在地球形成的初期，很可能有多颗含水量较为丰富的彗星-其中大部分来自于木星轨道附近-撞击到地球上，为地球带来了大量的水分。这样的彗星，每一颗就可能含水达到上千万吨，可以形成一个巨大的湖泊，为生命产生提供条件。专家认为，冰物质撞击到地球之后，不会像小行星那样造成剧烈的影响和巨大的破坏，所以使得较多的水分可以得到保存。

随着科技水平的不断进步，科学家们逐渐为彗星为地球带来生命寻找到了一些有利的证据。2001年7月29日，在美国圣地亚哥举行的一次天文生物会议上，英国加地夫大学的天文学家钱德拉·维克拉马辛教授宣布，他们利用高空气球上的冷冻取样器发现并收集到了地外生命存在的直接证据——在地球高层大气里的地外细菌。电子显微镜图像显示，它们是像珊瑚虫一样的物质，大小在5到15微米之间。这些细菌取自于库里地面41公里的高空，位于平流层上部，对流层和同温层之间。加地夫大学的研究人员们认为，这种位于如此高度的细菌不可能是来自于地球，只有可能是由地外的飞行物所带来的。因此，这些细菌将很有可能作为地外生命存在的一个重要证据。

这些研究人员进一步指出，由于彗星是太空中极少数含有水分的天体，这些细菌极有可能便是由彗星带来的。钱德拉·维克拉马辛教授说，微生物的生命力十分顽强，它们完全有可能在主要成分为冰物质的彗核的保护下，承受住宇宙中严酷的环境与考验，经过漫长的太空旅行，最终跋涉到地球附近，并且通过撞击或其他方式三不到地球上。维克拉马辛进一步指出，并不是所有的星际空间的微生物都能存活，但只要有一点点留在太阳系里，在到达行星后，根据胚种论的观点，生命就足以在新的地方从这一点点开始。

另一种证据来自于哈勃望远镜。通过对“里尼尔”彗星的长年观测，美国约翰·霍普金斯大学天文学家威沃认为，对这颗彗星的观测结果为“彗星为原始地球提供生命之源”提供了有力证据。威沃通过对“里尼尔”彗星的观测发现，“里尼尔”彗星在2002年夏天落入太阳时，抛出大量像山一样的石块使大量冰蒸发掉，这支持了“彗星曾向原始地球提供了为形成生命所需的水和有机化合物”的理论。据估计，这颗彗星含水33亿公斤，如果浇洒在地球上，可形成一个大湖泊。为此，美国宇航局计划在2005年开展一项撞击试验，即发射飞行器携带撞击器同“腾佩尔”彗星相撞，来验证彗星撞击造成的后果。如果这次试验能够获得成功，就能够为我们提供直接的证据，来表明彗星内部是否存在人们猜想中的生命的踪迹。

此外，针对一些人对于有机物质能否承受住彗星与地球如此猛烈的撞击而依然能存活下来的质疑，科学家们也展开了一系列的实验。加里福尼亚大学伯克利分校科学家专门为此进行了模拟撞击实验。他们在实验室里模拟彗星和小行星碰撞地球的高速，将一个大小如普通盒装饮料罐的“弹头”射向一个金属目标，该金属目标上有一个水滴，水滴内含有各种氨基酸。这其中，氨基酸是构成蛋白质的基础材料，科学家在彗星和小行星上也发现了这些氨基酸。因此，这些氨基酸正好用来模拟可能存在的彗星内的生命物质。

实验发现，当撞击过程结束后，大部分的氨基酸并没有遭到破坏，更进一步的，还有的氨基酸还化合成为肽，而肽是形成蛋白质的前期产物。科学家还发现，如果让金属目标按照彗星和小行星表面那样的标准结上冰，以更为真实的模拟彗星和小行星碰撞地球的状况，这些氨基酸的浓度还要增高。

科学家们认为，这些实验的结果是很有鼓舞性的，因为它至少在实验室中证明了，当彗星和小行星碰撞地球时，它们上面的氨基酸并不一定会由于撞击的破坏力量而烟消云散，反而有可能转化成蛋白质，从而为生命的出现打下了基础。

显然，彗星特殊的物质结构的确能够让科学家们为之充满了期待，也不断有科学幻想小说想象地球的生命之源来自于天外。也许在不久的将来，真的会有科学上的直接的证据来证明彗星的确为地球带来了生命的种子，那样的话，生命起源之谜也许就此揭开了玄机。

最近NASA在太阳系早期两种富碳陨石表面发现了糖分子。经过分析，这种糖分子不同于地球糖，是来自地外的糖分子。研究者认为，这些糖物质可能是在恒星光轰击漂浮于恒星之间的稠密尘埃云时产生的，然后附着在小行星上进入太阳系，最终随着陨石降落在地球上。糖是构成生命所必不可少的物质之一。天外糖的发现，为生命可能来源于地外，提供了又一证据。

2．寒武纪生命大爆发

被称为古生物学和地质学上的一大悬案──寒武纪生命大爆发，自达尔文以来就一直困扰着进化论等学术界。大约6亿年前，在地质学上称做寒武纪的开始，绝大多数无脊椎动物门在几百万年的很短时间内出现了。这种几乎是“同时”地、“突然”地出现在寒武纪地层中门类众多的无脊椎动物化石（节肢动物、软体动物、腕足动物和环节动物等），而在寒武纪之前更为古老的地层中长期以来却找不到动物化石的现象，被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”，简称“寒武爆发”。达尔文在其《物种起源》的著作中提到了这一事实，并大感迷惑。他认为这一事实会被用做反对其进化论的有力证据。但他同时解释到，寒武纪的动物的祖先一定是来自前寒武纪动物，是经过很长时间的进化过程产生的；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，是由于地质记录的不完全或是由于老地层淹没在海洋中的缘故。

要想追究这场大爆发的起源，就不得不从一个种群开始着手——埃迪卡拉动物群。

埃迪卡拉动物群是于1947年在澳大利亚中南部地区的庞德砂岩层中首先发现的。最初人们未能确定这一动物群的时代，后来终于确定为前寒武纪，年龄为6。7亿年。埃迪卡拉动物群包含三个门，19个属，24种低等无脊椎动物。三个门是：腔肠动物门，环节动物门和节肢动物门。水母有7属9种；水螅纲有3属3种；海鳃目（珊瑚纲）有3属3种；钵水母2属2种；多毛类环虫2属5种；节肢动物2属2种。多保存为印痕化石，尽管它们的形态、结构都很原始，但它们被认为是20世纪古生物学最重大的发现之一。这一发现使科学界摈弃了长期以来认为在寒武纪之前不可能出现后生动物化石的传统观念。所谓后生动物即是指相对于原生动物的各种多细胞动物。

艾迪卡拉动物群包含了多种形态奇特的动物化石：身体巨大而扁平、多呈椭圆形或条带形，具有平滑的有机质膜，是人们迄今为止发现的最古老、最原始的化石，也是在太古代地层中发现的最有说服力的生物证据。按Seilacher的观点，艾迪卡拉动物群可分为辐射状生长、两极生长和单极生长3种类型。除辐射状生长的类型中可能有与腔肠动物有关系的类群外，其他两类与寒武纪以后出现的生物门类无亲源关系。

尽管有关艾迪卡拉（型）动物群的性质还有许多争议，但其奇怪的形态令许多学者相信，艾迪卡拉（型）动物群是后生动物出现后的第一次适应辐射，它们采取的不同于现代大多数动物采取的形体结构变化方式。不增加内部结构的复杂性，只改变躯体的基本形态，变得非常薄，成条带状或薄饼状，使体内各部分充分接近外表面，在没有内部器官的情况下进行呼吸和摄取营养。如现代大型寄生动物涤虫现代大多数动物采取的是保持浑圆或球形的外部形态的同时，进化出复杂的内部器官来扩大相应的表面积（如肺、消化道），从化石上可以看出，这些生物已具有了高度分化的组织和器官，说明它们已不是最原始的类型。它们代表了后生动物出现以后的第一次辐射演化因此，可以认为艾迪卡拉（型）动物群是在元古宙末期大气氧含量较低的条件下后生动物大规模占领浅海的一次尝试，结果失败了，而导致绝灭。在后来的演化过程中，后生动物采取了第二种方式，使内部的器官复杂化和物种多样化的发展，即生物系统演化。

但是，终究为这次大爆发做出重大贡献的还真的是和这个起源动物群没有什么太相关的直接联系。寒武爆发的典型代表是被称为20世纪最惊人的科学发现之一的我国云南澄江动物群，它是世界上目前所发现的最古老、保存最为完整的带壳后生动物群。该动物群是我国青年古生物学家侯先光1984年在云南澄江县帽天山首先发现的。这是一个内容十分丰富、保存非常完美，距今约5。7亿年的化石群，其成员包括水母状生物、三叶虫、具附肢的非三叶的节肢动物、金臂虫、蠕形动物、海绵动物、内肛动物、环节动物、无绞纲腕足动物、软舌螺类、开腔骨类，以及藻类等，甚至还有属于低等脊索动物或半索动物（如著名的云南虫）等。由于许多动物的软组织保存完好，为研究早期无脊椎动物的形态结构、生活方式、生态环境等提供了极好的材料，同时也成为了探索地球上大壳后生动物爆发事件的重要窗口。

远古的化石群奇迹般地完好保存了生物的矿化骨骼，还保存了大量软体组织印痕，如：表皮、感觉器、纤毛、眼睛、肠、胃、消化腺、口腔和神经等，甚至有的动物好像在临死前还饱餐一顿，消化道里充满着的食物仍可辨认。

中国的科学家们对“澄江动物群”的不断挖掘发现和深入系统研究，探索了脊椎动物、真节肢、螯枝和甲壳等动物的起源，证实了现生动物门和亚门以及复杂生态体系起源于寒武纪早期，挑战了自下而上倒锥形进化理论模型，为自上而下的爆发式理论模型提供了化石证据。现已描述的澄江动物群化石共120余种，分属海绵动物、腔肠动物、鳃曳动物、叶足动物、腕足动物、软体动物、节肢动物、棘皮动物、脊索动物等十多个动物门以及一些分类位置不明的奇异类群，此外，还有多种共生的海藻。

通过研究丰富的化石信息，科学家们为揭示“寒武纪大爆发”的谜团提出了种种假说。陈均远研究员提出寒武纪生物突变具有极明显的自发性进化行为的设想；舒德干教授提出“寒武纪暖水与冷水两大古生物地理分区＂的假说等。但目前还没有一个清晰、证据确凿、令人信服的解释，科学家们也在继续致力于实地考察和研究，以求早日完全解开“寒武纪大爆发”的谜底。

云南澄江动物群的发现，使得我们对在前寒武纪晚期到寒武纪早期生命的进化发展有了较为清晰的认识。它在生物进化上的意义至少可以概括为两点：

首先，该动物群的发现，再次证实了“生命大爆发”的存在，成为“寒武爆发”理论的重要支柱。同时，它还是联系前寒武纪晚期到寒武纪早期生命进化过程的重要环节。

在该动物群被发现之前的本世纪内就有过两次激动人心的古生物学发现。一次是1910年在北美发现的距今约5。3亿年中寒武纪的“布尔吉斯动物群”，另一次是1947年在澳大利亚南部发现的距今6。8亿～6亿年之间的“埃迪卡拉动物群”。云南澄江动物群成了联系布尔吉斯动物群和埃迪卡拉动物群之间的重要环节，随着对澄江动物群研究的深入，埃迪卡拉-澄江-布尔吉斯3个动物群之间的演化关系会更加清楚。

其次，澄江动物群的发现为“简短平衡”理论提供了新的事实依据，对达尔文的进化论再次造成冲击。“间断平衡”理论认为，生物的进化不像达尔文及新达尔文主义者所强调的那样是一个缓慢的连续渐变积累过程，而是长期的稳定（甚至不变）与短暂的剧变交替的过程，从而在地质记录中留下许多空缺。澄江动物群的发现说明了生物的进化并非总是渐进的，而是渐进与跃进并存的过程。

可发现总归是让我们距离真相又进了一步，但是至于真正的原因，我们仍旧在探索的道路上前进！

寒武爆发吸引了无数的古生物学家和进化论者去寻找证据探讨其起因。100多年以来的证据产生出解释寒武爆发的两种基本观点。一种观点认为，寒武爆发是一种假象，这是某些达尔文或新达尔主义者所持的观点。由于进化是渐进的，所谓的“爆发”只是表明首次在生物化石记录中发现了早在前寒武纪就已经广泛存在并发展的生物，其它的生物化石群则可能由于地质记录的不完全而“缺档”，造成这种“缺档”的原因是前寒武纪地层经历着热与压力，其中的化石被销毁了。由于发现前寒武纪化石沉积层中存在大量象细菌和蓝藻这样简单的原核生物，因而这一解释不再有说服力。另一种观点认为，寒武爆发代表了生物进化过程中的真实事件，科学家从物理环境和生态环境的变化两个方面来解释这一现象。

1965年，两位美国物理学家提出了寒武爆发是由于地球大气的氧水平这个物理因素造成的。他们认为，在早期地球的大气中含有很少或根本就没有自由氧，氧是前寒武纪藻类植物光合作用的产物并逐渐积累形成的。后生动物需要大量的氧，一方面用于呼吸作用，另一方面氧还以臭氧的形式在大气中吸收大量有害的紫外线，使后生动物免于有害辐射的损伤。