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美丽化石见证地球史前生命大爆发
来源:新浪 | 作者:孝文 彬彬 | 时间:2015-05-14 15:12:36 | 人气:

  狄更逊水母化石:发现于南澳大利亚埃迪卡拉山。

  斯普里格蠕虫化石:发现于南澳大利亚埃迪卡拉山。

  古菌化石:发现于俄罗斯白海。

  弗拉科托福塞斯动物化石:发现于加拿大纽芬兰。

  两侧对称动物化石:发现于俄罗斯白海。

  查恩盘虫化石:发现于加拿大纽芬兰。

  帕文克尼亚虫化石:发现于南澳大利亚埃迪卡拉山。

  肋叶虫化石:发现于南澳大利亚埃迪卡拉山。

  约吉亚动物化石:发现于俄罗斯白海。

  新浪科技讯 北京时间8月2日消息,据美国纽约时报7月28日报道,1909年,美国古生物学家、史密森学会秘书查尔斯-沃尔科特(Charles Walcott)在加拿大不列颠哥伦比亚省的伯吉斯山口发现了迄今最重要、最著名的化石宝库之一。沃尔科特挖掘的伯吉斯页岩石块中含有化学记录历史上许多重要动物群中已知最古老的例证。

寒武纪生命大爆发

  沃尔科特的研究发现为所谓的寒武纪生命大爆发(Cambrian Explosion)提供了进一步的证据。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,在寒武纪(距今约5.42亿年前至4.9亿年前)的化石记录中,地球上突然涌现出各种各样的结构复杂的动物。虽然伯吉斯页岩中以前从未记录过如此规模的复杂动物,但古生物学家对三叶虫和寒武纪其他动物的存在并不陌生,这让查尔斯-达尔文困惑不已。

  寒武纪生命大爆发对科学家提出的挑战是,在达尔文所处的年代及其以后多年,在寒武纪岩层以下年代更久远的岩层中,并没有发现动物化石。对于达尔文的进化论来说,这是一个极为的不安事实,因为在化石记录中,结构简单的动物形式应该在结构复杂的动物形式之前出现。

  在《物种起源》中,达尔文提出了这样的主张:“在这些跨度如此之大但却鲜为人知的时期,地球上遍布着活的生物。”但他坦言,“对于我们为什么没有发现这些原始时期的化石记录的问题,我不能给出一个令人满意的答案。”

  科学家长期以来一直在地球上最偏远的一些地方寻找动物化石证据:澳大利亚内地、纳米比亚沙漠、纽芬兰海岸和俄罗斯远北地区,但我们现在拥有了来自前寒武纪时期的化石记录。发现这些化石的岩层向我们展现了一个全新的原始世界:海洋中到处是各种各样的生命形式,包括原始动物,这对于达尔文来说,肯定是个好消息。

  如今,这个曾经令人不安的化石记录空白期其实是一个让地质学家和古生物学家颇感兴趣的时期。地质学家甚至以地质时间表做出了他们自己的划分。距今6.35亿年前至5.42亿年前的埃迪卡拉纪(Ediacaran Period)是一百多年来被命名的第一个新地质时期。此外,地质学家提出了一些饶有兴趣的理论,用于解释埃迪卡拉纪期间地球气候和化学状况的急剧变化怎样为动物进化创造条件。

第一个重大进展

  发现这些最古老动物生命的第一个重大进展出现在1946年,南澳大利亚地质学家雷金纳德-斯普里格(Reginald Sprigg)正在阿德莱德以北数百英里的弗林德斯山脉埃迪卡拉山检查几座老煤矿。他突然在附近一些暴露在外的岩石表面上发现了几个直径4英寸(约合10厘米)的圆盘状印记。斯普里格认为那是像水母或水母近亲之类的软体生物的化石残骸。

  可是,当斯普里格将化石证据拿给古生物学界的权威看时,他们却认为这是岩石风华留下的印记。那一年的晚些时候,斯普里格又发现了其称为“狄更逊水母”(Dickinsonia)的叶状体,这次他确信这种几何形状印记只有活的生物才能留下。“狄更逊水母”化石的突然出现及其所处的年代都让斯普里格兴奋不已,他认为这些化石的年代应该处于寒武纪初期,这令其成为迄今发现的最为古老的动物形式。

  虽然可能具有如此重大的意义,但斯普里格的发现却在国际地质学大会上遭到冷遇,他描述“狄更逊水母”化石的论文也遭到主流杂志的拒绝。斯普里格只好转向石油、天然气和采矿等能带给他实际利益的行业发展。10年以后,埃迪卡拉山和英国再次发现软体动物化石以后,科学界才重新开始注意这些奇特的生命形式,它们的年代也被肯定地确认为在寒武纪以前。

  与此同时,加拿大纽芬兰阿瓦隆半岛错误点(Mistaken Point)、纳米比亚南部、俄罗斯白海以及五大洲其他30多个地方也都发现了相同年代生命形式的岩层。这些生命形式形态各异,有圆盘状、叶状、管状、树枝状和纺锤状,它们在全球的分布表明埃迪卡拉纪的生命是复杂和多样的。

古生物学领域的“罗夏测验”

  然而,此类化石的发现又提出了诸多新的疑问。许多埃迪卡拉纪生物与现代生命形式极不一样,破解这些生命形式所属及其生存方式继续考验着古生物学家的智慧。美国哈佛大学的安德鲁-科诺尔(Andrew Knoll)教授将埃迪卡拉纪生物形象地比喻为古生物学领域的“罗夏测验”,因为不同的科学家常常对同样的化石做出截然不同的解读。

  例如,有的说“狄更逊水母”是水母的亲属,有的说是海洋蠕虫,有的说是地衣,甚至还有的说这是一个完全灭绝物种的成员。对大多数埃迪卡拉纪生物分类所面临的挑战是,它们缺乏某些现代动物身上所特有的特点,以“狄更逊水母”为例,则是缺乏嘴或肛门,或是许多寒武纪动物群所特有的贝壳和坚硬部分。实际上,此类简单身体结构恰恰应该是后寒武纪时期动物的原始先驱的特征。

  另一方面,科学家不得不解释此类生物的功能。例如,一些扁平体埃迪卡拉纪生物生活在沉淀物上,看上去通过渗透作用直接吸收营养赖以为生。古生物学家尤其渴望确认的埃迪卡拉纪生物是那些身体左右对称的生物,这也是现代绝大多数动物所共有的特征,包括我们人类。身体左右对称的动物在寒武纪十分普遍,所以,追踪它们的来源对理解动物进化进程至关重要。

达尔文理论遭受质疑

  科学家发现了多种身体左右对称的埃迪卡拉纪动物,包括金伯拉虫(Kimberella)——这可能是一种软体动物。已知数百种金伯拉虫的年代可以追溯至距今大约5.55亿年前,比伯吉斯页岩时期动物早了5000万年。埃迪卡拉纪化石记录由此将这些动物的来源追溯至寒武纪生命大爆发以前。但是,这种解释又提出了一个新的疑问,即经过了25亿年的进化——微生物生命在此期间统治了地球——那个时期为何出现了更大、更复杂的生命形式?

  更大、更复杂生命形式存在的一个重要条件是氧气,埃迪卡拉纪岩层中也留有氧气水平变化历史的痕迹。地质学家现在了解到,最早的埃迪卡拉纪有机物是深海生物,它们在距今5.75亿年前至5.65亿年前出现在地球上,也就是说,是在一个重要的冰川期(距今大约5.8亿年前)刚刚结束后不久。

  对埃迪卡拉纪沉淀物的最新化学分析表明,在那个冰川期以前及期间,深海缺乏氧气,但后来氧气突然变得丰富起来,这种状况一直持续到那个冰川期结束。氧气水平骤升或许加快了动物(包括人类祖先)进化的步伐。

  《物种起源》出版几周后,在一片批评声中,达尔文在寄给他的朋友、地质学家查尔斯-莱尔的信中又多写了几句话:“我们的祖先是在水里呼吸的动物,有一个鱼鳔、一条游泳用的尾巴以及不完美的头骨,毋庸置疑还是雌雄同体!这就是人类的家系。”埃迪卡拉纪生物化石告诉我们,达尔文过于“慷慨”了。我们最早的动物祖先可能没有头、没有尾、没有性器官,像门垫一样在海底一动不动。

前寒武纪动物化石证据

  在达尔文所处的年代及其以后多年,在寒武纪岩层以下年代更久远的岩层中,并没有发现动物化石。对于达尔文的进化论来说,这是一个极为的不安事实,因为在化石记录中,结构简单