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「万物起源传说」生命的起源(四):灭绝与新生

2020-02-17  nj200801

在描述远古时期生命起源和发展的故事时,用【年】这样的单位显然是不合适的。因为科学家们最初并不能确定自己所研究的对象(比如化石)究竟距离现在过去了多少年。

「万物起源传说」生命的起源(四):灭绝与新生

直到20世纪50年代,美国科学家威拉得·利比开发出了碳-14放射测年法:通过利用自然存在的碳14同位素衰变期(5730年),来确定原先存活的动物和植物的年龄(该方法可准确测定早至五万年前有机物质的年代,威拉得·利比因此获得1960年诺贝尔化学奖)。科学家们才终于可以搞清楚,哪些化石更加古老,哪些比较晚近,并且通过衰变期更长的其他元素同位素来检测样本具体的形成时间。

1953年,美国科学家詹姆斯·沃森和英国科学家弗朗西斯·克里克发现了DNA分子结构,在此基础上,1967年,科学家发现大多数DNA会在漫长的时期内发生有规律的变化,并由此开发出基因测年技术,进一步改变了人类对自身及其他物种进化的理解。

「万物起源传说」生命的起源(四):灭绝与新生

地质学家们在测年技术的帮助下,将45亿年的地质史分为了不同的时间单元宙(eno)的时间跨度最大,宙之下细分为不同的代(era),代又细分为不同的纪(period),纪再细分为更小的世(epoch)。不过,详细的地质学时间表开始于寒武纪(大约距今5.4亿年前),因为之前的生命身体过于柔软而无法留下可靠的化石记录。

「万物起源传说」生命的起源(四):灭绝与新生

根据对现有化石记录的整理,科学家们发现,地球生命在进化和发展的道路上并不是一帆风顺的:随着地球环境的变化,生命也在发生变化,生命的变化有时会反过来改变环境,生命与环境之间相互影响,相互塑造,这种影响在漫长的时光中积累,一旦出现质变(或意外),平衡将被打破,随之而来的,往往就是一场巨大的灾难:物种大灭绝

「万物起源传说」生命的起源(四):灭绝与新生

研究显示,自大约5.42亿年前寒武纪以来,地球生命至少已经发生了五次大灭绝。期间还有许多次小型灭绝事件。从时间上可以依次罗列如下:

1.距今大约4.4亿年前的奥陶纪末大灭绝。这一时期大多数生物的机体是软体组织,形成化石的几率很小,只有那些具有壳或硬组织的动物才留下了比较多的线索,因而我们无法弄清楚当时到底发生了什么以及都有哪些物种受到了影响。据估计,大约有100个科的生物灭绝了,在属种级别上灭绝率更高,如腕足类属的灭绝率为60%,种的灭绝率可达85%。三叶虫类在这次灭绝中元气大伤,此后再也无法恢复前期的繁荣。 此次灭绝事件对低纬度热带地区生物的影响较大,而对高纬度地区和深水区生物的影响相对较小,是地球史上第三大物种灭绝事件。古生物学家认为,这次物种灭绝可能是由于全球气候变冷造成的。

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2.距今大约3.65亿年前的泥盆纪晚期大灭绝。 科学家能够确定这一时期发生了第二次生物大灭绝,但究竟持续多长时间却并不清楚(可能持续了50万年,也可能是150万年),也不清楚到底是发生了一次大灭绝还是几次连续稍小的灭绝。经过这次灭绝,70%的物种消失了。海洋中的物种比淡水中的物种受到的影响更大,珊瑚、腕足动物、菊石、海百合等许多无脊椎动物损失惨重。而在陆地上,正在不断衍生出新种的植物,这或许是促使生命登上陆地的原因之一。对于这次灭绝的起因我们知之甚少,从暖水海洋中物种不成比例的消失来看,全球变冷可能是一个重要的因素,同时还有迹象显示当时比较浅的水域里氧气含量也下降了。

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3.距今大约2.45亿年前,出现了一次最严重的灭绝——二叠纪末生物大灭绝。这次事件几乎使得生命消失,它导致95%的海洋物种消亡,75%的陆生物种不复存在。没有人知道现在和当时到底有多少物种存在,这些数字只是大致的估算。在这次灭绝中,三叶虫消失不见了,1/3昆虫物种也随之消亡,不过蟑螂存活了下来。我们的祖先也幸存下来,那是一种微小的爬行动物,后来进化成小型原始哺乳动物,银杏树和马蹄蟹也存活下来,它们在最近1亿年基本上没有发生什么大的变化。这次生物大灭绝留下了一片真空地带,小型爬行动物乘机进化成恐龙,并逐渐称霸陆地——它们是迄今为止最庞大的陆地生物。

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4.距今大约2.08亿年前的三叠纪末期大灭绝。研究显示,这次灾难造成了60个科的海洋生物灭绝,在这一时期里,牙形石类全部灭绝,菊石、海绵动物、头足类动物、腕足动物、昆虫及陆生脊椎动物中的多个门类,都走到了进化的终点。 虽然这次大灭绝的损失相对较小,但它却腾出了许多“生态位置”,为很多新物种的产生提供了有利条件。

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大约2亿年前,最早的哺乳动物出现了,这种生物用由汗腺进化来的乳腺哺乳幼仔。作为一种过渡性物种,它们是多毛发的温血动物,但是像爬行动物一样产卵,例如今天的鸭嘴兽。稍后,另一种哺乳动物也进化出来,它们不再产卵,而是直接将幼仔生下来,不过由于幼仔很不成熟,它们还得回到母亲腹部一个口袋里生活,直到他们能够在外部世界生存,这就是有袋类动物,现代袋鼠和树袋熊是他们的后代。距今大约1.25亿年时,有胎盘类哺乳动物也出现了,它们能够在母体子宫中滋养后代,等到后代不再需要袋子生活时,就将它们生下来。在这类物种中,迄今最古老的化石是在北京附近发现的攀援始祖兽化石。有胎盘类哺乳动物的现代近亲可能是鼩鼠。现代人也属于这一类。

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5.距今大约6500万年前的白垩纪末期大灭绝。据统计,在白垩纪末,生物圈有2868个属,到了第三纪初就只剩下1502个属,受影响最大的是陆地上的恐龙和海洋生物界的浮游生物。除了恐龙灭绝之外,曾在前四次大灭绝中都得以幸存的菊石最终还是灭绝了。而由于某种原因,某些物种却基本没有受到影响,鳄鱼、海龟、蜥蜴、哺乳动物以及鸟类都顺利地应付了这场危难。恐龙及其同类的消失为哺乳动物及人类的登场提供了契机。

「万物起源传说」生命的起源(四):灭绝与新生

没有人确切地知道这些大规模物种灭绝的原因是什么,因为距离现在的时间太久太久。至少有20多种理论被提出来,其中包括:全球变暖、全球变冷、大规模火山爆发、陨石和彗星撞击、大陆板块位置的不断变化、太阳耀斑的巨大变化、细菌瘟疫、磁场倒转、海平面变化、海洋中氧气耗、损海底甲烷泄漏或地球倾斜度抖动和轨道的改变(米兰科维奇循环)等等。幸运的是,对于最近的一次白垩纪大灭绝,我们找到了一些证据

研究显示,6500万年前的某一天,一颗直径9.6千米的小行星从太空呼啸而来。这颗小行星与地球迎面相撞,砸在今天墨西哥尤卡坦半岛北部(海滨诶克鲁苏柏村附近)地区,这次冲击的力度相当于1亿颗氢弹爆炸的威力。冲击导致的碎片和伴随熊熊大火出现的烟雾直冲云霄,遮蔽地球。或许至少在几年时间里使得来自太阳的能量大大减弱,光合作用一度停止,许多植物死亡,这次撞击可能也导致火山在世界范围爆发,从而把更多碎片和烟雾释放到大气中,地球突然变得极其寒冷。这次撞击的陨石坑现在已经被水掩盖,这一情况延缓了对它的发现,20世纪90年代早期,沃尔特·阿尔瓦雷斯领导的地质学家们根据一些线索找到了它。

「万物起源传说」生命的起源(四):灭绝与新生

小行星撞击地球是地球史上一次意外事故,这颗小行星似乎只有七分钟的时间间隙与地球相撞,因为地球在七分钟之后会离开那个位置。我们还见到了其他的意外事件:比如地球的大小刚好适合拥有板块和大气。它刚好被一颗火星大小的早期陨星重重撞了一下,导致它的轴线倾斜并由此形成四季,月球的引力造成了海水潮汐等等。

6500万年前的这次撞击产生重大影响,大约90%陆地物种灭绝,50%的植物物种消失,恐龙全部消亡,它们唯一的后裔是至今存在的鸟类。体重大于32公斤的动物全部死去,只有小型哺乳动物和蟑螂存活下来,以冰冻的恐龙尸体为食。这颗小行星为哺乳动物开辟了道路,它清除了恐怖的食肉动物,提供了生态空间。

「万物起源传说」生命的起源(四):灭绝与新生

物种灭绝事件对于地球上正在生存着的生命而言无疑是灾难性的,每一次大规模的灭绝都导致了生命渐进式进化的中断。但是在大规模消亡之后,进化会做出反应:新物种大量涌现,以填补暂时处于空白的生态空间。因此,从另一个角度来看,尽管物种灭绝事件消灭了比较复杂的生命形式(比如三叶虫或者恐龙),但是在每一次灭绝之后,新的生命却以更复杂的形式出现了

化石研究表明,距今5000万年前,大多数哺乳动物仍然是小脑袋、大爪子,低效而笨拙的足和牙。在随后1000万年左右,已经出现了大量哺乳动物:马,鲸,骆驼和大象的祖先,以及猫和狗的共同祖先,一种可以爬树的动物,类似鼬鼠的小古猫

在随后漫长的时光中,一些小型地面哺乳动物开始搜寻开花树木的果实,在经历一代又一代之后,其中一些适应了在高处生活,并且在新环境中繁盛起来。渐渐的,自然选择筛选出最优基因,它们的脚爪变成,爪子变成手指头,可以用一只手的拇指与手指抓取树枝,另一只手采摘果实。它们的眼睛开始向前看,视野得以交叠,为它们在树上攀调提供了三维视野,这些小型哺乳动物类似猴子,这是一条新的进化道路。

「万物起源传说」生命的起源(四):灭绝与新生

当树上的果实变得稀少之后,这些类似猴子物种有一部分重新回到地面寻找食物,这时它们有更好的装备:双眼视力和灵巧的手,它们白天在地面采集食物,夜间回到树上睡觉休息(以躲避不会爬树的猛兽),它们长得与大型猫一般大小,进化出较大的大脑和类人猿那种初步的双腿行走(或双手柱地行动)。这些历经几千万年产生的改进:手指、拇指、三维视野以及较大的大脑,通过自然选择和基因进化最终成为了远古人类的最大优势。【本节完】

下期预告:【万物起源传说】人类的起源(序):创世论VS进化论

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