地球生命40億年的演化傳奇

王治鈞

一提到古生物學(xué)，大家腦海里通常都會(huì)想起侏羅紀(jì)公園里的各種恐龍，也難怪，《侏羅紀(jì)公園》系列電影在全球收獲了大量擁躉，并引發(fā)全球的恐龍熱，從網(wǎng)絡(luò)到線下活動(dòng)，從博物館的大型梁龍化石骨架到主題公園里噴火的霸王龍，衍生的很多電影怪獸也直接套用了恐龍的形象，甚至學(xué)齡前兒童的填色繪本也有可愛的恐龍形象……所有這些組成了大家對(duì)于古生物學(xué)的第一印象。

恐龍確實(shí)是古生物學(xué)的一張招牌，但恐龍其實(shí)僅僅是古代鳥類的一種，只占了古生物學(xué)中很小的一部分，算是古生物學(xué)入門級(jí)的生物。古生物學(xué)是研究過去生命進(jìn)化的學(xué)科，是追溯今天地球數(shù)以百萬計(jì)生物祖先的重要科學(xué)實(shí)踐，包括從生命的起源、發(fā)展、生命之樹的分叉，到今天這個(gè)紛繁復(fù)雜的世界，以及未來可能的變化。所以，當(dāng)我們想多了解過往40億年地球生命的演化過程時(shí)，應(yīng)該多關(guān)注下恐龍之外的古生物學(xué)。

地球生命的誕生

地球誕生已有46億年，為了方便研究生命的起源，有科學(xué)家將地球誕生時(shí)間濃縮成1天或者1個(gè)小時(shí)。如果濃縮成1小時(shí)，那么動(dòng)植物是直到最后十幾分鐘才出現(xiàn)的，恐龍僅占了幾分鐘，而哺乳動(dòng)物在倒數(shù)6分鐘才誕生，人類的祖先在最后的一兩秒才閃現(xiàn)出來，在這濃縮圖里基本看不見。

把地球誕生時(shí)間濃縮為1 小時(shí)

回顧生命起源首先就要從生物的遺傳物質(zhì)開始。在地球早期的能量化學(xué)里，某些分子在一些條件（如閃電、火山和輻射等）作用下，形成有機(jī)化合物，出現(xiàn)結(jié)晶體、蛋白質(zhì)等，慢慢地一些新的細(xì)菌學(xué)會(huì)了分解陽光、生產(chǎn)氧氣、從空氣中吸取碳。這個(gè)過程持續(xù)了幾十億年。

早期，一些細(xì)菌開始攝食別的細(xì)菌，并獲得了將氧轉(zhuǎn)化成能量的能力，這成為動(dòng)物與植物的前身，億萬年前地球也曾經(jīng)從熱變冷又變熱，甚至變成了冰川覆蓋的雪球地球。逐漸地，在大約七八億年前，微生物集結(jié)在一起創(chuàng)造出了多細(xì)胞生命。

六億年前，地球上出現(xiàn)了廣闊的淺海，氣候十分適宜生物生長，幾何形態(tài)的群體如團(tuán)藻出現(xiàn)了，它們從水中攝取微生物。這時(shí)的海洋生物開始繁盛，比如三葉蟲、腕足類、雙殼類、腹足類、海百合、珊瑚、海綿類、鸚鵡螺、牙形石、藻類等，但它們很快就被現(xiàn)代動(dòng)物的祖先們所取代。

生物的滅絕與新生

寒武紀(jì)生命大爆發(fā)時(shí)期，長達(dá)兩米的奇蝦揮舞長臂捕獲其他動(dòng)物，它有碗口大的嘴，牙齒鋒利無比，是當(dāng)時(shí)海洋食物鏈的頂端捕食者;身披鎧甲蠕動(dòng)的沙蠶在海底爬行并鉆進(jìn)泥沙，創(chuàng)造出嶄新的生態(tài)系統(tǒng);魚類蝌蚪狀的先祖游過古老的海岸線，它們的親戚形似鰻魚，咽部長有牙齒，從甜筒一樣的珊瑚礁上游過，躲過校車大小的巨型克拉肯大魷魚和饑餓的海蝎。同一時(shí)期，菌類植物也上了岸。但是到了大約4.46億年至4.44億年前，200萬年間地球冰川時(shí)期卷土重來，全球氣候變冷，海平面大幅下降，85%的物種消失殆盡，第一次生物大滅絕幾乎抹殺了一切。

但生物大滅絕也帶來了新的機(jī)遇，進(jìn)入志留紀(jì)時(shí)期時(shí)，地球生物又開始迅速復(fù)蘇。許多地區(qū)升起，海面成為陸地，蕨類植物繁盛，魚形動(dòng)物數(shù)量和種類大量增多。比如，無頜魚類開始出現(xiàn)在海洋里，它們長有尖角、突刺以及魚鰭;蜘蛛、蝎子、蝸牛和蠕蟲的祖先開始出現(xiàn)在陸地上，甚至后來還出現(xiàn)了有下頜的魚，它們的后代開始捕食無頜魚、海蝎和樹狀浮游生物。

第二次生物大滅絕后海洋中出現(xiàn)的新物種

此時(shí)，有著利刃般下顎且身披盔甲的捕食動(dòng)物是主宰者，與它們共存的是那些魚翅中長著臂骨的巨型魚。這些魚如同螃蟹一樣在海底穿行，幾種早期的鯊魚為了求生全部棲居在近海區(qū)域，這個(gè)期間整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)開始顯得擁擠不堪。而陸地上，植物成為了樹，有的成長為參天大樹，有的只是在死前播撒一次孢子。在3.75億～3.6億年之間，冰川再度回歸，海洋生物遭到重創(chuàng)，這個(gè)過程持續(xù)了近2000萬年，期間有多次滅絕高峰期，80%～90%的海洋物種滅絕，這是第二次生物大滅絕。

從前擁擠不堪的生物格局被大滅絕事件打破并抹平了，之后生物演變又一次漸漸恢復(fù)。

海洋里出現(xiàn)了新的物種，比如身披護(hù)甲的海百合、長翅的鯊魚、有鋸齒牙的鯊魚、鰭上長滿小鋸齒的鯊魚、牙板能碾碎食物的鯊魚，類似現(xiàn)代神仙魚和鰻魚的硬骨魚也首次登場(chǎng)。這期間，陸地上的濕地也形成了，其間生活著三米長的多足類動(dòng)物和巨大的蜻蜓。另外，脊椎動(dòng)物也永久地移居陸地，誕生了形似短吻鱷的兩棲類和長著劍齒的合弓綱。

第三次生物大滅絕后海洋中出現(xiàn)的新物種

這個(gè)時(shí)代，火山頻繁爆發(fā)，最終西伯利亞全境火山爆發(fā)，造成第三次生物大滅絕。這是地球古生物史上最大規(guī)模的物種滅絕事件，總共約57%的科、83%的屬、大約96%的海洋生物的種、約70%的陸地生物滅絕。

然而像以往一樣，那些幸存者依然繼續(xù)著生命的進(jìn)化歷程。比如一種長著獠牙的哺乳類動(dòng)物幸存了下來，并有過一段繁盛時(shí)期，但它很快就被奔跑的鱷魚所取代;海里出現(xiàn)了海洋爬行類物種、身披盔甲的魷魚和菊石等，它們的種類形態(tài)五花八門。

在距今2.08億年前的三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)過渡時(shí)期，地球大陸開始裂開（也有觀點(diǎn)認(rèn)為是隕石墜落） ，形成了未來成為大西洋的巖漿海洋，有毒害的氣體彌漫全球，影響遍及陸地與海洋，造成第四次生物大滅絕。這次滅絕事件歷時(shí)很短，不足一萬年，也正是這次滅絕事件，給未來的恐龍?zhí)峁┝藦V闊的生存空間，使得恐龍成為侏羅紀(jì)時(shí)期的優(yōu)勢(shì)陸地動(dòng)物。

恐龍這種大型脊椎動(dòng)物，最早出現(xiàn)在約2.25億年前的三疊紀(jì)晚期。三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)過渡時(shí)期海洋生物多樣性呈爆發(fā)式增加：魚類在珊瑚礁聚眾;螃蟹、魟魚和其他有強(qiáng)力牙齒的魚類出現(xiàn)，咬碎貝殼，導(dǎo)致了掠食者與獵物之間的競爭。與此同時(shí)，哺乳類動(dòng)物出現(xiàn)了一些看上去很現(xiàn)代的本領(lǐng)，比如開始爬樹或飛行。無論是陸地還是海洋都發(fā)生了很大的生態(tài)變革。

然而，約6500萬年前的白堊紀(jì)晚期，一顆小行星與地球發(fā)生了大碰撞，撞擊了墨西哥灣，并可能誘發(fā)了地球另一端印度火山群爆發(fā)，導(dǎo)致大量有害物質(zhì)飄入大氣層，有害物質(zhì)遮云蔽日，使地球表面溫度降低、植物死亡，食草食肉的生物鏈斷裂，幾乎所有的大型陸生動(dòng)物都沒能幸免于難，75%～80%的物種滅絕，而這就是大家熟知的第五次生物大滅絕。

地球生物史

第五次生物大滅絕后，一些小型的陸生動(dòng)物如哺乳動(dòng)物從灰燼中勉強(qiáng)熬過來，在極端酷熱下體型先是變小，之后則一路變大。陸生脊椎動(dòng)物再次回歸大繁榮。

是危險(xiǎn)也是機(jī)遇

事實(shí)上，地球上的生物滅絕次數(shù)遠(yuǎn)不止5次，以上這些是最大的幾次。

造成生物集群滅絕的可能原因有很多，如星體撞擊地球、火山活動(dòng)、氣候變冷或變暖、海進(jìn)或海退（海平面上升或下降）、缺氧等，但每次生物大滅絕事件都能在短時(shí)期內(nèi)造成80%～90%的物種滅絕，只有少數(shù)生命力強(qiáng)或逃逸能力強(qiáng)的物種能夠忍受災(zāi)變?cè)斐傻臉O端惡劣的環(huán)境，或逃離災(zāi)區(qū)避難而留存下來。同時(shí)，災(zāi)變引起的環(huán)境變化也給新物種誕生創(chuàng)造了條件和機(jī)遇。大滅絕期間幸存的物種和新生的物種在滅絕事件后開始復(fù)蘇和發(fā)展，并進(jìn)而開創(chuàng)出生物演化的新篇章，因此每次全球性的生物滅絕事件后，都伴隨著生物的復(fù)蘇和發(fā)展。

人類和古生物學(xué)

現(xiàn)有的地球物種數(shù)量只占已出現(xiàn)過物種數(shù)量的1%，人類作為一個(gè)不斷壯大的千萬物種中的一員，是進(jìn)化史上的大贏家。人類達(dá)到了40億年物種進(jìn)化的頂峰，而進(jìn)化過程中那99%的“失敗者”沒能活到現(xiàn)在——不是死于火災(zāi)、水災(zāi)、小行星撞擊、被捕食，就是死于饑寒交迫或高溫，有些物種甚至被物競天擇這一冷酷無情的法則徹底淘汰。

近年來，古生物學(xué)蓬勃發(fā)展，作為一門與生命科學(xué)、地球科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的交叉學(xué)科，它包括古植物學(xué)、古動(dòng)物學(xué)、古生態(tài)學(xué)、古生物化學(xué)和古生物地理學(xué)等，與其他學(xué)科科技交融，使現(xiàn)在的古生物學(xué)家可以利用電腦斷層掃描（CAT）、同位素（測(cè)年法）、基因測(cè)序、數(shù)學(xué)模擬以及各種數(shù)據(jù)分析方法更全面地研究各生物門類的系統(tǒng)演化、建立地球演化時(shí)間格架，并對(duì)古代環(huán)境——?dú)夂蚺c生物界之間的協(xié)同演化關(guān)系進(jìn)行研究。

三疊紀(jì)時(shí)期，海洋生物多樣性呈爆發(fā)式增加

物種大滅絕是一種過濾。一個(gè)物種的勝出不是偶然事件，這是因?yàn)樾掖嬲哌x擇了不同的進(jìn)化途徑。有的令人難以置信地成功了，而有的雖生猶死。這里面還存在何種奧秘？更多的知識(shí)仍待我們探究，而這就是古生物學(xué)研究的方向。

我們研究古生物學(xué)是為了“以古論今看未來”，只要有為數(shù)不多的物種存活，生命就會(huì)繁衍不息。那些幸運(yùn)、適應(yīng)力又強(qiáng)的物種不但會(huì)取代已經(jīng)沒落的物種，還會(huì)以新的形態(tài)勝出，只不過，這要花上幾百萬年。