寒武紀大爆發

我們是誰?我們從哪里來?我們到哪里去?我們人類的歷史不過短短200多萬年，而在地球長達46億年的歷史中，直到距今38億年前，才在海洋中m現了構造極為簡單的原核單細胞菌藻類生物。之后又是茫茫30億年，地球經歷了太古宙、元古宙以及冰封地球的雪球事件，僅孕育出藍藻、綠藻等低等生命。直到距今5.45億年的前寒武紀，生命的奇跡才在這一刻突然發生了。

在前寒武紀開始不到1000萬年的時間里，地球上突然出現多門類多細胞的高等生命，生命演化史上的這一突發事件，科學家稱之為“寒武紀大爆發”。

1984年7月1日，中科院南京地質古生物研究所侯先光教授在云南的澄江發現了澄江動物群——“寒武紀大爆發”高潮的產物，這是聞名中外的保存完美的軟軀體化石群。它被譽為“20世紀最驚人的發現之一”，是探討地球早期生命起源和進化的獨特窗口。澄江動物群生動如實地展現了5.3億年前海洋生命的壯麗景觀和后生動物的原始特征。它表明在5.3億年前，即寒武紀開始不久，幾乎現今的各個動物門類：從海綿動物到脊索動物，都出現了各自的代表。據統計，今天的生物界約有植物40萬種，動物100萬種，化石種類包括植物約25萬種。地質歷史中曾出現的生命約500億種。所有這些生物都能歸人這35個門類中，而且這些物種的祖先全都出自于“寒武紀大爆發”。

1859年，英國生物學家達爾文發表巨著《物種起源》，創立了進化論，從此在人們心中牢牢樹立了進化觀念。達爾文認為：生命的形成與發展是以自然選擇和變異為動力，通過遷移和演化，由低等向高等，由簡單向復雜地發展。而且每一個物種最初都產生于一個單獨的地點(即一個物種只有一個起源中心)。根據現代生物學的研究，種存在的時限為500萬年，屬的時限為2000萬年，生命形成一個新物種的最短時限為5.5萬年。這樣看來，形成生物更高級別的分類單元如科、目、綱、門的時限就無法估量了。進化論的這些原則很難解釋在寒武紀開始不到1000萬年時間內生命就完成了從低等到高等的飛躍。寒武紀大爆發證明，早期生命的進化并不是達爾文認為的漸進的“演化樹”式的進行，而是爆發式的“灌木叢”式的迅速進行。各種實驗型的動物大規模出現、突變，形成一幅壯麗、恢宏的生命畫卷。

澄江動物群包含了將近180個化石種，形象地描繪了寒武紀生物的快速演化及輻射發展。但是這里的“快速”、“爆發”是以地質時代為尺度，相較整個地球歷史來說的。而并不是像人們想象的那樣，“絕大多數動物門類在寒武紀就像爆炸那樣突然出現”。

用科學的方法分析，澄江動物群并不是上帝的恩賜，而是一個自然演化的過程，是各種物質因素的綜合誘導，從量的積累到質的飛躍?？茖W家們一直都在探索寒武紀的生物為何把自己設計成各種稀奇古怪的樣子。

科學家已經找到了一些生命自身的變化，以醞釀大爆發。內因之一是出現了性別分化，為生命從數量上增加打開了缺口。一般來說。生命的繁殖，無性繁殖比有性生殖更為簡單省力，但過程慢得多。相較無性生殖一分為二的過程，有性生殖一次就能產生成千上萬的后代，雙親的遺傳物質發生重組，從而大大加快了后代變異性狀的出現幾率，為自然選擇提供了源泉。有性繁殖出現后，先有了物種個體數量的大幅增加，然后有了多種類的爆發。當然生命也為此付出了代價，這就是死神的降臨，只有遺傳基因是永存的。內因之二，寒武紀初期，生物組成基因數目達到臨界點。在5.6億年～5.3億年前的3000萬年間，生物基因由簡單的6個～8個不斷擴增到40個～50個的臨界點，直接導致生物形態多樣化發展。內因之三，生物之間的競爭、共生關系可能產生新物種。例如，寒武紀初期的鈣沉淀細菌與軟體動物共生導致基因重組產生帶殼動物。

生命的演化進程除自身的因素外，還與外界因素有著密切的關系。眾多互不相干的生物門類同時卷入了寒武紀早期生命輻射演化和生物礦化事件，除了生命具備的條件(內因)外，還與我們所知不多的當時全球性環境變化(外因)有關。外因之一，寒武紀初期大氣含氧量上升。地球經過太古宙、元古宙將近40億年的演化，火山活動和外星碰撞減少，安寧了許多，大氣中的二氧化碳大部分轉移到了海水中，形成碳酸鈣，成為巖石圈的一部分，把位置讓給了氧氣。再加上大量藻類辛勤的勞動，氧氣含量急劇上升。科學家估計，到寒武紀初期，大氣中氧氣的含量已達現在的10％，大大激發了生命生活方式從厭氧到好氧的轉化，從而加快了細胞的進化活動，促使較大的復雜動物出現。外因之二，海水中磷的增加。數十億年的火山活動和地表水侵蝕巖石圈，使得海水中的磷含量穩步上升，形成全球性的元古宙末期大型磷礦床。近海岸河流人?？诟浇奈⑿∩Y合水中的磷、鈣元素形成內外骨骼來逃避天災。當這些自養生物發展到一定程度，超過環境承載量，便開始互相吞食。從此引發“軍備競賽”，用磷、鈣做出“刀槍”、“盔甲”，摩拳擦掌，大干一場。外因之三，“雪球事件”的結束。在元古宙末期，地球上的大部分地區被冰川覆蓋，稱為“雪球事件”。這個冰封時期長達千萬年，生命調整自己的適應能力，一組組實驗基因被組合，老弱病殘被淘汰，只有最優秀的遺傳密碼，最頑強的生物被挑選出來。冰期過后，地表開始升溫，海平面上升，大陸架面積增大。產生了基本的大氣分帶和復雜多樣的環境。經歷了冰封洗禮的優秀分子為適應多樣的環境，種類和數量都急速擴張。外因之四，地球在宇宙中的恰當位置開啟了生命遺傳密碼?，F代天文學告訴我們，地球除了自轉，還繞太陽公轉，還與太陽系一起繞銀河系中心運動，整個銀河系還繞宇宙中心運動。這個過程中，時刻變化的宇宙射線會直接接觸到組成生命的元素的原子結構，引發基因重組?；蚣彼僦嘏拧U增，表現出來的形式就是生命的多樣化。

5.3億年前的澄江帽天山地區是一片溫暖的熱帶淺海灣，孕育著地球早期的“先民”?，F在就讓我們乘著想象這艘“潛水艇”回到遙遠的寒武紀海洋，看看圍繞在我們周圍的各種奇異生物吧!

首先你絕對不會錯過奇蝦這種寒武紀的海洋巨無霸。它是寒武紀的頂級獵食者，當時的動物平均大小只有幾毫米到幾厘米，它卻能長到2米以上!它拖著長長的掃帚形尾叉，目空一切地遨游在海洋中上層，用長在長柄上的一對巨眼掃視著周圍水域，尋找它最愛的食物——瓦普塔蝦(在奇蝦消化道和糞便中發現大量瓦普塔蝦殘骸化石)。當有瓦普塔蝦游近它，奇蝦就會用寒武紀第一兵器——原鰲肢(一對鋸子般的附肢)迅速鉗住它，并把它送入口中，可憐的瓦普塔蝦就這樣化為碎片了。以奇蝦為代表的多種大型獵食動物的發現意味著，在寒武紀早期海洋生態系統已經存在相當完整的生態金字塔。而奇蝦的發現也和它本身一樣充滿傳奇色彩。1892年，懷特烏斯描述了采自加拿大斯特勞山奧古格匹斯頁巖的奇蝦附肢化石，他認為是一種缺失頭部的蝦狀節肢動物化石，因此命名“奇蝦”。1911年，瓦爾考特發現它的環狀口器，解釋為水母狀生物。后來，又有缺失腿部的奇蝦化石被發現，科學家們感到非常奇怪，如此龐大的節肢動物竟然沒有腿?直到澄江帽天山的目前最完整的奇蝦化石出土，人們才有幸一睹它的真面目。

有了奇蝦這樣的巨怪，瓦普塔蝦只能小心翼翼地成群活動。它們在海底覓食，在當時十分常見，是原始消費層的主要成員。

隨處可見星口水母缽成群四處飄蕩，它們借著水流推動著長約15厘米的圓盤形身體，讓長在身體一側的觸手旋轉來濾食。身體還能變形，揚“帆”漂移，偶爾也會用觸手鞭打幾下，奮力一游。

在星口水母缽身上，你能發現地球上的步行先驅——怪誕蟲(兩者化石常保存在一起)。它長約2厘米，用10對末端帶鉤、不分節的軟腿(葉足)攀附在星口水母缽上。背上還生有7對長長的硬刺。同樣，它的得名也是出于科學家的震驚，1977年英國古生物學家莫瑞斯誤把怪誕蟲的腹背顛倒了，想象它是靠腹部的硬刺行走，而用背部的觸手游泳!這個錯誤也由澄江的完整化石更正了。

怪誕蟲還有種同樣怪誕的表親——微網蟲，它也常攀附在星口水母缽上。毛蟲狀的它長約8厘米，身體兩側卻長著9對骨板。這些網狀骨板精細無比?？崴迫~蟲的復眼。于是它又被叫做“九眼精靈”。至于這些骨板是否真是復眼，目前尚無定論。有學者認為骨板是連接身體和腿的“臏骨”，還有學者認為這些管道是物質交換和呼吸的通道。微網蟲讓科學家摸不著頭腦，它的頭到底在哪一端?最初科學家將它較粗的一端解釋為頭，后來經過對比同時期動物結構，基本確認較細一端才是它的頭。

接著我們把目光投向海底，各種各樣的海綿動物五彩斑斕，令人眼花繚亂。在這些林立的“大廈”中，最高大的莫過于對角四層海綿，它們是多細胞集合體與多細胞動物之間的過渡型生物，一輩子固著在海床上，過濾海水。獲取食物(腐爛的有機質、菌、藻類，生物幼體和溶于水中的氨基酸等)，長得越高，過濾的海水也就越多。為了支撐高大的身體，它長出腳手架般的四層縱橫交錯的鈣質骨針。第一層橫向骨針，第二層縱向骨針，第三層右斜向骨針，第四層左斜向骨針——由此得名對角四層海綿，澄江動物化石群中的海綿化石是目前保存層位最低，保存大量完整海綿骨骼化石的唯一產地。

與之相比，先光海葵則秀美得多。有16條觸手的它美麗多彩，素有海之花的美名。身為刺細胞動物的它比海綿更先進，具有初級的組織分化和原始的神經系統，可算是真正意義上的多細胞動物。但千萬別被它美麗的外表給騙了，它們是天生的殺手，看似花瓣的觸手中富含刺細胞，隨時準備著向經過的動物放冷箭。刺細胞動物包括水螅、海葵、珊瑚和海蜇等，是最原始的后生動物。

底泥中還生活著各種腕足動物和軟體動物：日射水母貝——披著圓形外殼的它周身長滿纖毛，如太陽光向四周放射，1987年發現時被誤認為是水母，命名為“日射水母”，1992年科學家們才重新把它定為腕足類動物。豆芽形的小舌形貝與現代的海豆芽極為相似，被認為是慢速進化的典型代表，從而成為漸變論的重要支持證據。長錐形的軟舌螺長度可達3米，口端有一個蓋，兩端伸出它一對彎月般的附肢。它是軟體動物最古老的代表，在寒武紀和奧陶紀盛極一時。

穿梭于“大廈”和“花叢”中的則是我們早已熟悉的三葉蟲——曾經是寒武紀的代表。它們得名于橫向縱向均分三塊的背板，是寒武紀最常見的動物類群之一。其中還夾雜著各種別的節肢動物。仔細看，你會發覺它們的形狀、大小各不相同?？茖W家們充分地發揮了想象力為它們命名：以發現地點命名的撫仙湖蟲、跨馬蟲、云南頭蟲，加拿大蟲；以發現者名字命名的周小姐蟲、納羅蟲、始萊得利基蟲；根據奇特外形命名的菱頭蟲、海怪蟲、灰姑娘蟲、中華月亮謎蟲等等。

最后想看看人類的祖先嗎?我們去看云南蟲!先做好心理準備，它毫不起眼，看上去就像條灰色小蠕蟲，以s狀扭動著身體，小心翼翼地游動在海中，生怕被奇蝦等獵食動物發現。在節肢動物橫行的年代，不具硬殼的我們的祖先如此卑微，似乎就要從進化之梯上滑落下來。但正是它具備了當時最先進的(同時似乎也是不必要的)結構——脊索?，F今一切脊椎動物都由它們發展而來，脊椎能使動物擁有巨大而又靈活的身體(就像恐龍那樣)，還能使動物腦體積“大躍進”般的發展，最終才有我們人類的誕生，也讓地球步入智能時代。

試想當時的脊索動物要是真被淘汰了，就不會有恐龍時代和我們人類社會。取而代之的將會是怎樣的世界?會由直立的節肢動物統治地球嗎?打開電視(如果它們發明了電視)會出現各種蟲鳴嗎?也許在它們家中還會飼養著云南蟲這樣的脊索動物作為寵物吧?

正當我們看得如癡如醉時，災難發生了。幾百年一遇的大風暴把川滇古陸上堆積達幾百米高的泥沙猛地推進這片淺海。頓時海底漆黑一片，各種生物——包括奇蝦，根本來不及逃跑就窒息死亡了。迅速掩埋的泥沙把它們立體地保存下來，甚至來不及被微生物分解(或是缺少微生物和食腐動物)。它們留在了泥沙里，在幾億年的地質作用下形成了化石。就這樣，地球古老先民的悲劇才被永久地保存在現在澄江帽天山中。

寒武紀已離我們遠去，那些夢幻般的奇妙生物只有靜靜躺在頁巖中，守護著它們的秘密，等待人們發掘，追憶一個不屬于我們的年代。