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美麗化石見證地球史前生命大爆發
來源: 新浪 | 作者:孝文 彬彬 | 時間:2015-05-14 15:12:36 | 人氣:

  狄更遜水母化石:發現于南澳大利亞埃迪卡拉山。

  斯普里格蠕蟲化石:發現于南澳大利亞埃迪卡拉山。

  古菌化石:發現于俄羅斯白海。

  弗拉科托福塞斯動物化石:發現于加拿大紐芬蘭。

  兩側對稱動物化石:發現于俄羅斯白海。

  查恩盤蟲化石:發現于加拿大紐芬蘭。

  帕文克尼亞蟲化石:發現于南澳大利亞埃迪卡拉山。

  肋葉蟲化石:發現于南澳大利亞埃迪卡拉山。

  約吉亞動物化石:發現于俄羅斯白海。

  新浪科技訊 北京時間8月2日消息,據美國紐約時報7月28日報道,1909年,美國古生物學家、史密森學會秘書查爾斯-沃爾科特(Charles Walcott)在加拿大不列顛哥倫比亞省的伯吉斯山口發現了迄今最重要、最著名的化石寶庫之一。沃爾科特挖掘的伯吉斯頁巖石塊中含有化學記錄歷史上許多重要動物群中已知最古老的例證。

寒武紀生命大爆發

  沃爾科特的研究發現為所謂的寒武紀生命大爆發(Cambrian Explosion)提供了進一步的證據。寒武紀生命大爆發被稱為古生物學和地質學上的一大懸案,在寒武紀(距今約5.42億年前至4.9億年前)的化石記錄中,地球上突然涌現出各種各樣的結構復雜的動物。雖然伯吉斯頁巖中以前從未記錄過如此規模的復雜動物,但古生物學家對三葉蟲和寒武紀其他動物的存在并不陌生,這讓查爾斯-達爾文困惑不已。

  寒武紀生命大爆發對科學家提出的挑戰是,在達爾文所處的年代及其以后多年,在寒武紀巖層以下年代更久遠的巖層中,并沒有發現動物化石。對于達爾文的進化論來說,這是一個極為的不安事實,因為在化石記錄中,結構簡單的動物形式應該在結構復雜的動物形式之前出現。

  在《物種起源》中,達爾文提出了這樣的主張:“在這些跨度如此之大但卻鮮為人知的時期,地球上遍布著活的生物。”但他坦言,“對于我們為什么沒有發現這些原始時期的化石記錄的問題,我不能給出一個令人滿意的答案。”

  科學家長期以來一直在地球上最偏遠的一些地方尋找動物化石證據:澳大利亞內地、納米比亞沙漠、紐芬蘭海岸和俄羅斯遠北地區,但我們現在擁有了來自前寒武紀時期的化石記錄。發現這些化石的巖層向我們展現了一個全新的原始世界:海洋中到處是各種各樣的生命形式,包括原始動物,這對于達爾文來說,肯定是個好消息。

  如今,這個曾經令人不安的化石記錄空白期其實是一個讓地質學家和古生物學家頗感興趣的時期。地質學家甚至以地質時間表做出了他們自己的劃分。距今6.35億年前至5.42億年前的埃迪卡拉紀(Ediacaran Period)是一百多年來被命名的第一個新地質時期。此外,地質學家提出了一些饒有興趣的理論,用于解釋埃迪卡拉紀期間地球氣候和化學狀況的急劇變化怎樣為動物進化創造條件。

第一個重大進展

  發現這些最古老動物生命的第一個重大進展出現在1946年,南澳大利亞地質學家雷金納德-斯普里格(Reginald Sprigg)正在阿德萊德以北數百英里的弗林德斯山脈埃迪卡拉山檢查幾座老煤礦。他突然在附近一些暴露在外的巖石表面上發現了幾個直徑4英寸(約合10厘米)的圓盤狀印記。斯普里格認為那是像水母或水母近親之類的軟體生物的化石殘骸。

  可是,當斯普里格將化石證據拿給古生物學界的權威看時,他們卻認為這是巖石風華留下的印記。那一年的晚些時候,斯普里格又發現了其稱為“狄更遜水母”(Dickinsonia)的葉狀體,這次他確信這種幾何形狀印記只有活的生物才能留下。“狄更遜水母”化石的突然出現及其所處的年代都讓斯普里格興奮不已,他認為這些化石的年代應該處于寒武紀初期,這令其成為迄今發現的最為古老的動物形式。

  雖然可能具有如此重大的意義,但斯普里格的發現卻在國際地質學大會上遭到冷遇,他描述“狄更遜水母”化石的論文也遭到主流雜志的拒絕。斯普里格只好轉向石油、天然氣和采礦等能帶給他實際利益的行業發展。10年以后,埃迪卡拉山和英國再次發現軟體動物化石以后,科學界才重新開始注意這些奇特的生命形式,它們的年代也被肯定地確認為在寒武紀以前。

  與此同時,加拿大紐芬蘭阿瓦隆半島錯誤點(Mistaken Point)、納米比亞南部、俄羅斯白海以及五大洲其他30多個地方也都發現了相同年代生命形式的巖層。這些生命形式形態各異,有圓盤狀、葉狀、管狀、樹枝狀和紡錘狀,它們在全球的分布表明埃迪卡拉紀的生命是復雜和多樣的。

古生物學領域的“羅夏測驗”

  然而,此類化石的發現又提出了諸多新的疑問。許多埃迪卡拉紀生物與現代生命形式極不一樣,破解這些生命形式所屬及其生存方式繼續考驗著古生物學家的智慧。美國哈佛大學的安德魯-科諾爾(Andrew Knoll)教授將埃迪卡拉紀生物形象地比喻為古生物學領域的“羅夏測驗”,因為不同的科學家常常對同樣的化石做出截然不同的解讀。

  例如,有的說“狄更遜水母”是水母的親屬,有的說是海洋蠕蟲,有的說是地衣,甚至還有的說這是一個完全滅絕物種的成員。對大多數埃迪卡拉紀生物分類所面臨的挑戰是,它們缺乏某些現代動物身上所特有的特點,以“狄更遜水母”為例,則是缺乏嘴或肛門,或是許多寒武紀動物群所特有的貝殼和堅硬部分。實際上,此類簡單身體結構恰恰應該是后寒武紀時期動物的原始先驅的特征。

  另一方面,科學家不得不解釋此類生物的功能。例如,一些扁平體埃迪卡拉紀生物生活在沉淀物上,看上去通過滲透作用直接吸收營養賴以為生。古生物學家尤其渴望確認的埃迪卡拉紀生物是那些身體左右對稱的生物,這也是現代絕大多數動物所共有的特征,包括我們人類。身體左右對稱的動物在寒武紀十分普遍,所以,追蹤它們的來源對理解動物進化進程至關重要。

達爾文理論遭受質疑

  科學家發現了多種身體左右對稱的埃迪卡拉紀動物,包括金伯拉蟲(Kimberella)——這可能是一種軟體動物。已知數百種金伯拉蟲的年代可以追溯至距今大約5.55億年前,比伯吉斯頁巖時期動物早了5000萬年。埃迪卡拉紀化石記錄由此將這些動物的來源追溯至寒武紀生命大爆發以前。但是,這種解釋又提出了一個新的疑問,即經過了25億年的進化——微生物生命在此期間統治了地球——那個時期為何出現了更大、更復雜的生命形式?

  更大、更復雜生命形式存在的一個重要條件是氧氣,埃迪卡拉紀巖層中也留有氧氣水平變化歷史的痕跡。地質學家現在了解到,最早的埃迪卡拉紀有機物是深海生物,它們在距今5.75億年前至5.65億年前出現在地球上,也就是說,是在一個重要的冰川期(距今大約5.8億年前)剛剛結束后不久。

  對埃迪卡拉紀沉淀物的最新化學分析表明,在那個冰川期以前及期間,深海缺乏氧氣,但后來氧氣突然變得豐富起來,這種狀況一直持續到那個冰川期結束。氧氣水平驟升或許加快了動物(包括人類祖先)進化的步伐。

  《物種起源》出版幾周后,在一片批評聲中,達爾文在寄給他的朋友、地質學家查爾斯-萊爾的信中又多寫了幾句話:“我們的祖先是在水里呼吸的動物,有一個魚鰾、一條游泳用的尾巴以及不完美的頭骨,毋庸置疑還是雌雄同體!這就是人類的家系。”埃迪卡拉紀生物化石告訴我們,達爾文過于“慷慨”了。我們最早的動物祖先可能沒有頭、沒有尾、沒有性器官,像門墊一樣在海底一動不動。

前寒武紀動物化石證據

  在達爾文所處的年代及其以后多年,在寒武紀巖層以下年代更久遠的巖層中,并沒有發現動物化石。對于達爾文的進化論來說,這是一個極為的不安事實,因為在化石記錄中,結構簡單