三叶草 / 科技 / 生命长大之谜

分享

   

生命长大之谜

2008-12-27  三叶草

生命长大之谜

《财经》实习记者 程晗   [2008年12月26日 20:47]   共有0条点评

在过去35亿年间,地球上生物的体型经历过两次从小到大的革命。这种趋势还将延续,但或许终有极限存在

  【《财经网》专稿/实习记者 程晗】按照现有的生物进化理论,地球上所有现存的生命,无论是人类本身还是像蓝鲸这样的庞然大物,都可以追溯到大约35亿年之前最古老的一批原核生物——细菌就属于原核生物的一种。
  然而,这些最初微小的、不起眼的生物,是怎样在漫长的历史岁月中,进化到体积如此庞大的复杂生命的?还有,这种“从小到大”的进化游戏,是否仍将继续?
在最近出版的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上,斯坦福大学的乔纳森·佩恩(Jonathan L. Payne)博士和他的同事给出了一种可能的答案:地球上生物体积的增长,实际上是在两个相对集中的历史时期完成的;而在这两次革命过程中,每次增加的最 大值都高达上百万倍。
  在美国国家进化综合中心(National Evolutionary Synthesis Center)的资助下,佩恩和其他十个研究机构的同事共同完成了此次调查。通过对大量的科学文献和化石进行分析,科学家们发现,生命体积的扩张并不是渐 进的过程,而是主要集中在古远古代中期(约16亿年前)和古生代的早期(约五亿四千万年前);这两个时期的总时长,还不到整个地球生命历史的五分之一。

氧气革命
  在生命发展的最初15亿年中,地球上的栖居者主要是大量的原核生物,最典型的就是细菌。原核生物是由原核细胞组成的单细胞生物,它的细胞结构比较简单,没有储存遗传物质的细胞核,处于整个进化阶梯的底部。
  正是由于原核细胞自身的局限性,决定了它的体积不可能很大程度的扩张。不过,此时,变化的契机已经正在酝酿。
  在距今27亿至24亿年前,一种在进化史上具有重大意义的原核生物——蓝细菌(cyan bacteria)诞生了。蓝细菌通过光合作用,能够吸收二氧化碳,并释放出氧气。

蓝细菌
蓝细菌

  在远古时期,地球上的氧气非常稀薄,大部分氧元素都被固定在其他物质中,比如水和岩石。而随着蓝细菌在远古海洋中的繁盛,越来越多的氧气被排放出来。
  氧气的逐渐增加,使得地球变得更有活力,因为更多的氧气意味着生物可以通过氧化过程获得更多的能量。正是在这种有利条件下,约16亿年前,真核细胞出现了,真核生物登上了历史舞台。
  真核生物虽然仍然是单细胞生命体,但与原核生物不同的是,在氧气的辅佐下,它已经进化出了更加复杂和完善的细胞结构。比如,真核细胞已经具有由染色体、核仁、核液等构成的细胞核,细胞内部也逐步分化出了各种机能。
  这种细胞结构的复杂化,直接导致了生物体积的变化。在大约两亿年的时间内,真核生物从肉眼不可见的尺寸,一跃而进化成一角硬币大小。
  事实证明,由原核细胞向真核细胞的进化,是生命体积第一次革命的关键。
  “化石记录清楚地告诉我们”,佩恩博士解释说,“原核细胞不太可能发生体积上的剧变。因为即使到了今天,原核生物也还是像以前一样的微小。”

多细胞繁荣
  此后,地球上的生命又以单细胞的形式静静地度过了十亿年。直到距今约五亿四千万年前,随着大气层中的氧气浓度又一次提高,生命体积的扩大才迎来了第二个春天。
  虽然迄今为止,这次氧气含量增加的原因尚不明确,但这一现象,极有可能为大型多细胞生物的产生提供了先决条件。
  这是因为,多细胞生物在新陈代谢的过程中,需要吸收周遭的氧气以获取能量。而这一时期氧气相对充足的环境,正好能够支持更多数量细胞的存活,从而促进了体积庞大的多细胞生物的出现。
此时的地球正在步入寒武纪——地质年代中古生代的第一纪。在地球生物演化史上演新的一幕时,短短数百万年时间里,包括现生动物几乎所有类群祖先在内的大 量多细胞生物突然出现,这一爆发式的生物演化事件被称为“寒武纪生命大爆炸”(Cambrian explosion)。带壳、具骨骼的海洋无脊椎动物趋向繁荣,它们在海洋中栖息生活,以微小的海藻和有机质颗粒为食物。其中,最繁盛的是节肢动物三叶 虫,故寒武纪又称为“三叶虫时代”。
  这些种类繁多的多细胞生物,在接下来的一亿年中,逐渐进化成体积越来越惊人的个体。而其中最为庞大的一支,莫过于奥陶纪的海中霸王——巨大的头足类动物,包括鹦鹉螺、角石和菊石等。
  奥陶纪是紧接寒武纪之后古生代的第二个纪元。在这一时期广袤的海洋里,三叶虫依然平静地生活着,然而它的霸主地位已经完全让给了大而凶猛的头足类动物:当凶猛的鹦鹉螺向它进攻时,它所能做的就是迅速把身体蜷起来,然后沉入海底。
  古生物学家曾在奥陶纪的地层中,发现过长达11米的鹦鹉螺。在奥地利的戈纳盆地,人们也挖掘出直径超过两米的菊石,其尺寸完全可以媲美一张成年人睡的大床。
  这些巨型的多细胞生物与真核生物相比,体积又扩大了不下百万倍。而所花费的时间,却还不到第一次体积飞跃的一半。而我们今天所看到的整个体积多变的现代生物世界,也都是这次大爆发的“遗产”。

还有第三次吗?
  一个问题是:在可以预见的未来,地球上会不会出现第三次的体积飞跃呢?
  中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的邓涛博士告诉《财经》记者,自有脊椎动物出现以后,生物体积的增长已经趋于平缓了。
  当然,他补充说,从进化的规律来看,生物的体积总体上是一直在增大的,并且还将保持这一趋势。
  这主要是由于个大的物种通常寿命较长。例如,老鼠一般只能存活一至两年,而大象的平均寿命则可以达到几十年。较长的生存时间也在客观上增加了生物的繁殖机会,从而有利于种族的延续。
  此外,“身大力不亏”几乎是自然界的普适性原理。从生存竞争的角度看,一种生物的体型越壮硕,比它小的食肉动物就越难威胁到它的性命,这也是变得庞大的好处。
  不过,邓涛博士也强调,生物体积的增大,同时也会产生不利的影响。因为大体积生物对于食物量的需求更大。因此,对环境变化的适应性较弱。
  在生物史上,也不乏“逆向发展”的种族。比如说鸟类,鸟类祖先始祖鸟约有半米多长,其体型比现代鸟类要大出好几码。
  佩恩博士也指出,尽管第三次的飞跃在理论上来说是可行的,但是就地球目前的空间和资源状况来看,或许已经没有更多的余地容纳体型更为巨大的生命。
  从这个意义上来说,地球的大小已经决定了生物体积的极限。更何况,人类这个“二次革命”的遗产,还在急剧地压缩着其他物种的生存空间和资源。■

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多
    喜欢该文的人也喜欢 更多

    ×
    ×

    ¥.00

    微信或支付宝扫码支付:

    开通即同意《个图VIP服务协议》

    全部>>