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动物进化的起源 可能比之前认为的还要早

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发表于 2018-9-10 09:37:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
[i]  生命之树:这张动物关系图显示,左右对称动物的进化源头或许比之前认为的还要早。包括人类在内的每一种生物都可能是从寒武纪大爆发之前的某种左右对称生物进化而来的。
   北京时间9月8日消息,据国外媒体报道,“暴风雨来临前的平静”是电影导演的常用“套路”之一,作曲家也是如此。似乎没有之前这一段平静衬托,后面的爆炸就显得不够轰动似的。而科学家尽管不会承认,却也常常陷入这样的套路:要想突出强调某个现象,最好的方法莫过于先把它的前后左右“清扫一空”。
  科学界充满了戏剧性的开场方式,如宇宙大爆炸、生命的起源、动物的起源等等。学生物的都知道,动物的种类在5.3亿年前的寒武纪生物大爆发之后出现了爆炸式增长。一种名为“奇虾”(anomalocaris)的怪兽在海洋中横行,把猎物尽数塞入甜甜圈般的口中。长得活像男性生殖器的鳃曳动物不停吞食着水中富有营养的小型生物。还有一种长相极其怪异的生物,长着两排硬棘般的“腿”。由于它们的化石太过古怪,古生物学家干脆将其命名为“怪诞虫”(Hallucingenia)。
  现存的大多数动物门类都是从寒武纪大爆发逐渐进化过来的。这段时期并不算长,从5.41亿年前一直到4.85亿年前,只持续了几百万年。至少科学家是这么规定的。而科学家之所以称其为寒武纪“大爆发”,是因为在此之前的数千万年间,地球上几乎没有任何生物;而在此之后,也几乎未出现任何新的动物门类。
[i]  科学家在寒武纪大爆发之前的化石床中发现了形似羊齿植物的埃迪卡拉生物(左图)。闪闪发光的栉水母(右图)也可能进化自寒武纪大爆发之前。
  然而最新研究显示,早在所谓“大爆发之前”,地球上似乎过一种黏糊糊的生物,它们不仅能进食,还可以交配。一群科学家大胆地指出,这些新发现说明地球上早就有生命开始逐渐进化了。关于大多数动物起源的理论突然变得像科学家强行杜撰出来的一样。
  “令人惊讶的是,寒武纪的化石记录其实并没有‘爆炸式增长’的迹象。”瑞典乌普萨拉大学古生物学家格雷厄姆·巴德(Graham Budd)指出,“它其实是个颇为缓慢的过程,并非所有生物都突然之间冒了出来。”
  哈佛大学古生物学家史蒂芬·古尔德(Stephen Jay Gould)在1989年出版的《奇妙的生命》(A Wonderful Life)一书中,用诗意的语言描述了寒武纪大爆发。身为一名作家兼科学家,他并未对大爆发前的时期展开描写,而是用物种大爆发的解释来填补空缺。他在书中写道:“化石记录中时而出现一些短暂的空缺,代表着几次物种大灭绝,而在此之后,物种又会出现进一步分化。”在5.08亿年前的寒武纪大爆发时期,留下化石记录的生物种类简直多得令人咋舌;而在此之前的4000万年间,化石记录则近乎为零。古尔德的进化观点正是受此启发。但这段远古时期真的如此寂静吗?也许未必如此。
  今年二月,古尔德逝世十几年之后,进化生物学家在《自然》期刊上发表了一些最新发现,提出早在寒武纪爆发之前,海底泥土中可能已经有“好戏上演”。该项目由挪威萨尔斯国际海洋分子生物学中心的进化生物学家安德里亚斯·黑诺尔(Andreas Hejnol)领导。他提出,阿科尔扁形虫(acoels)和海洋蠕虫“异涡虫”(拉丁语为Xenoturbella,意为“奇怪的虫子”)应被加到“动物家族树”的最低端附近。但不幸的是,这些小小的、黏糊糊的虫子通常无法留下痕迹。“这意味着我们可能永远都找不到它们的化石,尽管它们为生物多样性又添加了一笔。”
  不过,黑诺尔和他的团队并未对化石展开研究。他们用基因测序法,重新绘制了一幅动物家族树。为此,他们比较了包括蠕虫、鸡、和人类在内的75种动物的约800个基因,并根据种族之间的基因差别,绘制了一张生命树。结果发现,“树根”附近有一支属于蠕虫的分支。假如我们最早的祖先就像这些简单的蠕虫一样,它们也许早在寒武纪大爆发之前就出现在了地球上。
  科学家还在化石层中发现了一种早于寒武纪的神秘生物留下的痕迹。这些生物形状十分奇特,有的像羊齿植物,有的像破碎的气球,还有的呈螺旋状。科学家将其称作“埃迪卡拉生物群”(Ediacarans)。它们与当今的任何生物都毫无相似之处。一种流行理论认为,埃迪卡拉生物群是一群类似动物的生物,在寒武纪大爆发之前便已经灭绝了。这套解释很符合古尔德“灭绝与爆发循环”的理念,但缺乏化石证据。而且逻辑学家也会指出,找不到证据并不是某种东西不存在的证据。
  作为一名专攻生物进化的古生物学家,巴德对科学家在埃迪卡拉生物群和动物之间设置的分界提出了质疑:“我们不能说埃迪卡拉生物群看上去不像动物,因为我们无法得知当时的早期动物究竟长什么样。”巴德还补充说,我们没有理由假定埃迪卡拉生物群与动物之间一定存在硬性区别。
  按照巴德的设想,在寒武纪大爆发前的5000万年间,海床上生长着许多埃迪卡拉生物,以及一些与动物有着相同关键特征的生物。这一关键特征就是左右对称。左右对称的动物都长有头部和臀部,且明显分为左右两半,前进时通常头部朝前。从用基因构建的生命树可以看出,所有左右对称的动物都有一个共同的祖先,并从这位祖先那里继承了左右对称的特点。而上文提到的阿科尔扁形虫和异涡虫均为左右对称。
  巴德认为,埃迪卡拉生物群与远古时期左右对称的虫类生物之间存在某种动态关系。他猜测,在埃迪卡拉生物生活过的地点,它们的残骸应当在贫瘠的海床上留下了斑斑点点的营养物质。由于当时资源十分匮乏,蠕虫可能采用了一些新方法来获取自己所需的营养物。如有些发育出了新的进食和消化方法,有些则学会了钻洞。这些都符合“适者生存”的原则。巴德将这套理论叫做他自己的“稀树草原假说”(Savannah Hypothesis),认为其与人类祖先为了便于在非洲草原上迅速寻找食物、因此开始直立行走的理论有相似之处。按照这种观点,早在寒武纪大爆发的几千万年前,地球生命就已经开始逐渐进化了。
  尽管能够体现这些蠕虫与埃迪卡拉生物群之间关系的化石记录少之又少,但分子生物学家针对早期动物起源的讨论早在十几年前就已经开始了。这些生物学家通过比较两种现存动物之间DNA的区别,标定了所谓“分子钟”,然后用该分子钟对应这两种动物与它们的共同祖先之间相隔的年份。掌握了基因变化的速率后,研究人员便可推断出差别更大、共同祖先生活的年份更久远的两种动物的进化时间。大多数研究报告显示,最早的动物出现于7亿多年前。但这些论断缺乏化石依据,也引发了大量争议。“古生物学家一直很难接受这种理论。”费城天普大学进化生物学家布莱尔·海基斯(Blair Hedges)指出。
  海基斯推测,由于寒武纪大爆发前的大气中已经有了少量氧气,这之前的几千万年间是有可能出现早期动物的。地质学家也的确在岩石中发现了氧气的痕迹,寒武纪中期的氧气浓度更是出现了激增。海基斯表示,这可以解释为何化石记录显示在寒武纪大爆发期间动物体型突然增加、并且突然长出了坚硬的骨骼。
  至于为何大多数动物(约36门)都出现在寒武纪大爆发时期,这种说法其实也有其缺陷,因为人类总想亲自把世界安排得头头是道。无论是门、纲、目、科还是其它分类,都是人类武断划分出来的。“人们总想把自然界中多种多样的生物划分开来,因为它们实在是太多了。”布朗大学进化生物学家凯赛·都恩(Casey Dunn)解释道。
  都恩的观点是在观察神秘的海洋动物中形成的,如闪闪发光的管水母等。这些生物总能突破我们的想象力。都恩称“门、纲、目、科”这种分类法的问题在于,科学家总会武断地决定哪些特征与这些类别有关或无关,因此有失公允。都恩认为动物没有理由分为36门(也有人提出应为32、34或37门)。他认为任何两种生物有多少共同祖先,就该有多少种门。既然目前约有200万种已知物种,这一数字就应该为200万减1。若真是这样的话,寒武纪出现的生物远不足以将其全部包括在内。
  都恩是计算机科学和实地生物学方面的专家,留着一头乱糟糟的金发,说话一口嬉皮腔。谈到“门”之类的分类法,他表示:“这就像有人宣称某个国家的音乐数量比另一个国家要多,但其实只是因为他在这个国家总结出了更多的音乐流派而已。这个人可能比较在意旋律,就以此作为划分依据;而换做别人,则可能以节奏为考虑重点,得出的结果自然也就不同了。”
  2013年,都恩和同事们开展了另一项“生命之树”研究。他们在DNA分析中发现,栉水母等复杂海洋生物的进化根源比阿科尔扁形虫、甚至无头无肠的海绵还要深,而科学家一直认为海绵很接近原始生物的原型。这项研究说明,早在左右对称的动物于寒武纪大爆发期间出现之前,已经有大量动物开始进化了,并且留下了大量化石记录。这段时期持续了很长时间,远古生物得以经历大量分化,有的逐渐进化成了现代栉水母,可以发出荧光,还长有迷你大脑和羽毛状的牙齿;有的则完全走向另一极端,进化成了“任人宰割”的海绵。
  去年12月,都恩有关栉水母的发现遭受了质疑。科学家们对“栉水母的进化起点早于海绵”这一观点表示怀疑。而黑诺尔近期提出的“寒武纪大爆发之前海洋中富含生命”的理论想必也会遭遇质问。的确,尽管DNA分析技术已经取得了长足进步,但5000万年前动物的起源仍是进化学界最棘手的问题之一。黑诺尔倒是很高兴看到有这么多言论各异的观点:“我很欣赏进化学界这种‘杠精’式的思维模式。当我们发现了某样东西、让我们下意识地认为‘不可能这样’时,就意味着我们该停下来好好问问自己,为什么会认为‘不可能这样’。”
  达尔文想必会理解黑诺尔的观点。毕竟《物种起源》中也充满了各种不确定性。自然选择学说的主要问题也在于缺乏能够证明物种进化过程的化石记录。这本书于1859年发表时,当时的教条认为,化石记录中突然出现了动物,可以证明物种是始终不变的。但达尔文坚定地认为,这些生物不可能凭空出现。如果他的进化理论正确,那么在这些化石形成前的世界中一定也“充满了生物”。达尔文先是谦逊地认可了之前地质学家的工作,写道:“与这些杰出的权威观点相背离,是我太过草率了。”然后接着写道:“在我看来,我将自然地质记录看作这个世界保留下来的、有残缺的历史,而且是用不断改变的方言写成的。在这段历史中,我们只占据了最后一卷,而且仅涉及了两三个国家。”
  总之,暴风雨来临前的寂静需要我们更用心地倾听。(叶子)
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