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来自加州大学伯克利分校的美国生物学家詹姆斯・瓦伦丁提出,只有当还存在未被占据的生态位(一种“生存方式”)时,可能会发生重要的多样性演化。这意味着寒武纪生命大爆发的触发原因,是在寒武纪时期突然出现了空置的生态位。遗憾的是,这个解释同样也是由于对寒武纪生命大爆发的误解。我们并非想解释为什么4个动物门会突然演化成38个,我们真正想知道的是,为什么内部身体结构不同的38个动物门,会在突然之间变成38个具有不同内部身体结构与不同外形的动物门。因为在长达1。2亿年的时间内这种演变并没有发生,而在这期间一直存在着可供生物演化的新生态位。举例来说,在这期间一直存在一个潜在的生态位就是:捕食者。在这1。2亿年期间,蠕虫状的体形基本上就像是一大块移动缓慢的蛋白质,但却没有动物演化出坚硬的躯壳、可以撕咬猎物的下与可以抓牢猎物的强壮附肢,如果拥有这些就可以去填补捕食者的生态位。在寒武纪生命大爆发之前有为数众多的潜在生态位存在着空白,但是由于某些不明的原因,这些空白的生态位并未被填补,这种现象一直持续到寒武纪初期。思考关于生态位的问题确实很重要,但这不是我们想要找寻的对于寒武纪爆发的核心解释。我们正在找寻的是一个影响因素,一个促使所有
——安德鲁·帕克《第一只眼》
目前的证据显示这个前寒武纪时期的“事件”一内部身体结构的演化一一并非爆发性的出现,而是渐进式的,是持续了数干万年或是数亿年的时间演变形成的。
——安德鲁·帕克《第一只眼》
我们现在已知的保存状况非常好且多样性丰富的动物群落化石都是来自寒武纪,至今还没有发现来自寒武纪之前的。正如前文所述,各个动物门身体内部的构造演化,其实比寒武纪生命大爆发还要早上12亿万年至5亿多年(取决于你相信哪个数据)。因此,今天在现生动物身上发现的各种身体内部构造,曾经的确隐藏于蠕虫体内长达数千万年的时间。现在我们可以真正去理解寒武纪中生命爆发的是什么了。在5。41亿年前到38亿年前,所有的动物门突然拥有了坚硬的外部构造(海绵、栉水母、刺细胞动物例外)。同时生物也从蠕虫状或是软体的原型转变成具备复杂且独特的体形(同样也被称为“表型”),尽管从地质历史时间的尺度上这只是一眨眼的瞬间。寒武纪生命大爆发的真正含义,我们现在已经可以理解了。 由于某些原因,在寒武纪之前,各动物门的早期成员并不具备硬质构造,因此也没有演化出独特的外表。这就引出了另一个问题一一寒武纪生命大爆发的原因是什么?为什么会发生寒武纪生命大爆发?要知道,生物能演化出坚硬的外表并不是偶然事件。在平静了相当长的一段时间以后,所有门类的生物同时发生了演化。这种广泛的相关性必定是受外部因素所强迫的。但是怎样的外部因素呢?究竟是什么导致了寒武纪生命
——安德鲁·帕克《第一只眼》
发生在埃迪卡拉动物群之后的寒武纪生命大爆发,是演化史上的一个里程碑,这次事件所具有的重要意义,或许只有生命最初的延生可以与之媲美。无论在澳大利亚的大堡礁还是在巴西的热带雨林,今天生物多样性的出现,都是寒武纪生命大爆发为这一切铺下的道路。这段时期爆发出的创造力空前绝后,而现生动物外形的设计蓝图就是在当时完成的。有牙齿、触手、脚爪和部的动物就这样突然出现。……达尔文还有当时的学者对于大约5.41亿年前的寒武纪时期硬壳化石的突然出现而感到困惑,并且在化石证据上这些生物也缺乏演化上的祖先。于是达尔文和他同时代的学者就假设,各个动物门早期的生命形式并没有形成化石,或是被埋藏在不适合被保存为化石的古老岩层之中。但正如我们所知,达尔文的研究只涉及微观演化。现在我们有许多保存良好的沉积岩(适合保存化石)的例子,由于这些沉积岩在寒武纪之前就已存在,所以“只有寒武纪时期的条件较适合保存化石”的观点就不再合理了。现在对于化石记录的解读,提出了寒武纪的生命“大爆发”,是一场由柔软的蠕虫样的外形演化出各式各样外部身体结构的“大爆发”。 寒武纪在地球历史上所占据的时间较为短暂,但在生命演化史上却十分的重要。生物在这段有限的时间里发
——安德鲁·帕克《第一只眼》
因为仅仅通过简单地描述从前武时期到寒武纪在演化上的巨大转变,并不能清楚地说明现今生命的多样性是如何演化而来的。我们不能仅仅考虑动物的外形,同时也必须考虑到它们身体的内部构造。要从实质上理解寒武纪生命大爆发的真正意义,这才是至关重要的。之前的人们对于寒武纪生命大爆发的解释都过于简单了,简单地将其视为“所有动物门类的次突然演化”。这种轻率的解读使得这件生命演化史上最引人注目的事件常常被人们误解,并由此产生了很多对事件原因的错误解释。出现这些错误解释的原因,是人们将身体内部的构造与外部形态等同看待,并认为两者是同时发生演化的。然而,事实并非如此,因为在寒武纪生命大爆发中所发生的演化,仅仅只与生物身体的外部构造有关。但由于我们已经了解到身体内部组织会对动物多样性产生重大影响,即便仅仅是为了解决本书中关于“引发寒武纪生命大爆发的原因”的问题,我们也应该对其进行更深一步的探索。关于生物内部身体组织结构演化史的故事,将会带领我们深入前寒武纪的那个时代。
——安德鲁·帕克《第一只眼》
假如我说,基于外部形态特征,5.42亿年前只有3个门类,你会觉得诧异吗?此刻,大多数人可能会在脑海中浮现出这样的场景,在5亿多年的漫长时光里,动物的门类数量逐渐地从3个增加到了38个。如果按照这样的计算方法,地球3.2亿年前应该存在着20个生物门类。这种逐步的、平稳的演化的思想涉及一种被我们称为“微观演化”的过程。达尔文和华菜土就是这种思想的支持者。 关于进化论思想的革命,其实早在达尔文时期就已经出现了而现在我们意识到,地球历史中生命确实曾经经历着漫长的渐进式演化,又称为观演化,或者甚至会处于一种完全停滞不前的状态。但这样的演化状态会被一种“宏观演化”模式迅速地取代,即短时期之内爆炸性的演化,因此,出现了演化史中著名的间断平衡模式。这并非达尔文和同时期的学者们在当时忽视了宏观演化的现象,而是因为后人依托20世纪新发现的化石证据,以及现代化技术的应用,使人们对于生物从胚胎到成体的基因和发育过程认识的不断加深,才证实了宏观演化的存在。包括生命从胚胎到成体的加速成长,幼体的性征发育,以及重要基因的开启和关闭,都是引发生命演化的决定性事件。考虑到以上所有的这些,我想要改变我的论据,因为在5.42亿年前,地球上的
——安德鲁·帕克《第一只眼》
15世纪时,菜昂纳多・达・芬奇也曾效仿过在他之前的经历的苦者,努力地去寻找对于光的解释。不过他的看法与前辈们略有不同。那个时代的哲学家认为眼睛会发射出某种物质,当眼睛对某个物体观察时,在这个物体上所产生的反射作用就变成了光,但是达・芬奇对这个观点产生了怀疑。他认为光与声音相似,两者都是以“振动的方式在空气或是水中传播的。他在暗示这是一种在空气或水中有序扰动的信号,而这种描述正是“波”的概念。达・芬奇把两颗石头丢进河里,观察到两颗石头在水中激起的同心环波纹会彼此相互抵消,他想知道光是否也会有这样的表现。不过达・芬奇后来拓展了他对于光的思考,并将注意力从光转移到了宇宙里的万事万物中,他认为“一切都是通过波来传播的”。他或许真的应该继续对光进行思考。不过至少达・芬奇得出了一个正确的结论,即光是太阳的一种属性。自此,哲学家开始从波的角度来思考光,尽管是以一些最简单的形式。
——安德鲁·帕克《第一只眼》
在5.42亿年前,地球上的确只有3个具备不同外形的动物门类。但是,到了5.38亿年前,此时的地球上却已经拥有了38个动物门类,这与现今留存的动物门的数量相同(除了一两个已经灭绝的动物门以外)。作为一次重要的演化事件,寒武纪生命大爆发让所有的动物门类都在这次事件中发展出了复杂的外部形态。
——安德鲁·帕克《第一只眼》
生活在海底的软体动物由于三叶虫的演化而开始变得数量下降。在此之前,它们只能接触不太主动的捕食者。这是一个相当低效的捕食过程,它们中的十分之一可能会遇到麻烦。这场麻烦的制造者可能是捕食性曳鳃动物门的虫,也可能是海葵的触手,但一个物种可以10:1的比率存活,也就是说剩下的90%的同类将安全地活到下一个季节。也许避开鞭毛虫或海葵就会比较安全。然而,拥有了视觉的三叶虫将会找你。寒武纪时间节点的情况发生了变化。 要想适应这个有光的新世界,最明显的先决条件就是要求生物拥有相应的“硬件设备”。这正是演化的重点所在。硬件部分演变为坚硬的盔甲,就像在原始三叶虫中演变出强壮的下颌一样。在大多数的陆生动物中,它们的盔甲都是针对从上方发起的攻击。这进步提供了主动的捕食者都会游泳的证据一如第八章所述,三叶虫可能属于寒武纪海域里的“鱼类”。接着,眼睛这种结构在节肢动物门中快速扩展出去,不仅提高了动物的捕食性生活方式,而且防止它们被捕食。
——安德鲁·帕克《第一只眼》
一个单细胞生物的体积是有限的。因为细胞如果变大,体内发生化学变化的效率就会降低,这将导致生物体无法存活。演化的下步会发生在“生命演化史”的第五章,单独的一个细胞将通过聚集在一个有组织的群体内的方式来超越体积的限制。团藻就是其中的一种代表性物种。团藻是个直径约有1厘米的中空球体,它的球壁就是由细胞组成的,每个细胞都有一根如同尾巴一样有节奏摆动的鞭毛。这些细胞通过协调这些鞭毛的运动来让整个球体能往同个方向移动。群细胞的进一步演化,出现了另一个特征一一一根可以使小的细胞群联结在一起的角质柄。不过接下来的一步异常重要,即生物体内各个细胞群任务的分化,这个重大的变化大约发生在10亿年以前。这一步会在“生命演化史”的第六章中写到一一第一个真正的多细胞动物一一海绵出现了。
——安德鲁·帕克《第一只眼》
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