寒武纪大爆发:神创Vs进化

  寒武纪大爆发(Cambrian explosion)是指现生动物的绝大多数门类在前寒武纪至寒武纪过渡时期(5.6-5.2亿年前),首次在地球上大量出现。换句话说,在不到地球历史1%(4000万年/46亿年)的时间,诞生了绝大多数动物门类(图1)。
 
  这一现象曾令达尔文困惑不已,他在其著作《物种起源》(第六版第十章)中提到:“无可置疑,寒武纪和志留纪三叶虫是从某种生活在寒武纪以前很长一段时间内的甲壳类动物演化而来……如果我的学说是正确的话,那么在寒武纪之前应当有一段相当长的时间存在,这段时间可能与寒武纪到现代的时间一样长, 甚至更长……但是,为什么在寒武纪之前没有发现富含化石的地层呢?我不能给出满意的答案……目前这种现象令人费解, 可能会真正成为反对本学说的有力证据”(Darwin, 1872)。
 
  
  图1. 寒武纪大爆发的时段及其重要性
  寒武纪大爆发作为生命演化历史上最具创新性的里程碑式事件,其与生命起源之谜、宇宙起源之谜等一起被列入自然科学六大难题(Economist 2015)。
 
  有关寒武纪大爆发的探索一直是进化生命科学领域中的热点问题,尽管这方面的研究已经取得了举世瞩目的研究成果,然而,神创论支持者依然将寒武纪大爆发作为攻击进化论的利器,在社会上广泛传播。
 
  笔者作为从事寒武纪大爆发研究的科研工作者,也经常被问到类似问题。因此,撰写此文,力证寒武纪大爆发进一步支持了进化论。
 
  首先,寒武纪生命大爆发并不是一下子就完成的,它本身是一个自然的演化过程,依据可靠的化石证据,寒武纪大爆发可以清晰地辨识为三个阶段:前奏,序幕及主幕(图2)。
 
  前奏是指发生于6亿年前双胚层动物和类双胚层动物的产生,以伊迪卡拉生物群为代表
 
  序幕是指发生于约5.43-5.2亿年前的多种小骨骼(或小壳)和早期遗迹化石的产生,以小壳化石群为代表
 
  主幕是以5.2-5.05亿年前的多种多样的后生动物爆发性出现为标志,以我国云南东部的澄江动物群、关山生物群以及加拿大的布尔吉斯页岩为集中表达
 
  前奏、序幕及主幕在全球广布化石记录,并且相应的化石记录从时间顺序上依次呈现出从简单到复杂,从低级到高级的演化路线。
 
  
  图2. 寒武纪大爆发的三个阶段(前奏,序幕及主幕)及其化石证据
  第二,寒武纪大爆发的见证者,全球精美的软躯体构造化石保存均是自然的特异埋藏过程,以我国云南东部的澄江化石库为例,属于典型的风暴沉积,风暴引起的快速悬浮泥质沉积物将这些生物快速埋藏,这些生物大多是因为缺氧窒息而死。有些动物,例如怪诞虫和贫腿虫,它们细弱的叶足在活着的时候保持站立的姿势就已经很不容易了,竟然可以在其死后依然保持站立的姿势。很多动物在临死之前还饱餐了一顿,死后遗骸的消化道中还充满着食物。脊椎动物始祖“天下第一鱼”---昆明鱼在灾难来临之前也曾经试图逃生,但几经挣扎后无力回天,最终不幸被活埋(图3)。
 
  
  图3. 脊椎动物始祖“天下第一鱼”---昆明鱼(Myllokunmingia)

  第三,寒武纪大爆发的优势类群“节肢动物门”的实证起源,符合自然规律的递进演化。节肢动物作为寒武纪大爆发的优势类群,以澄江生物群为例,生物属种占据了整个生物类群的80%以上,其起源备受关注。
 
  笔者从事寒武纪节肢动物起源研究20余年,确凿的化石证据表明,节肢动物起源于叶足动物(一类在寒武纪广泛存在而后期灭绝的类群),叶足动物在向节肢动物演化的过程中主要经历了“头化”-“躯干分部”-“分节”-“附肢分异”等关键步骤,进而逐步演化为节肢动物。
 
  
  图4. 寒武纪叶足动物逐步演化为节肢动物的演化路线及关键步骤

  第四,寒武纪大爆发中广泛而在后期生存斗争中走向灭绝的类群,证实了达尔文《物种起源》的核心思想“自然选择理论”(物竞天择,适者生存)。古虫动物门是寒武纪大爆发过程中产生出的一个后口动物门类,在寒武纪早期广泛存在,然而在后期激烈的生存斗争中由于体形笨重,游泳能力低下而逐步被淘汰。
 
  除了古虫动物门之外,还有大家广泛周知的寒武纪顶级捕食者“奇虾”,尽管在寒武纪称王称霸,然而在奥陶纪和志留纪由于生物多样性及生存环境的改变而逐步败下阵来,最终在泥盆纪早期走向灭绝。
 
  
  图5. 寒武纪顶级捕食者“奇虾”复原图

  最后,我想引用比尔·布莱森在其科普巨著《万物简史》中的一段话来总结寒武纪生命大爆发,他这样写道:“差不多40亿年的时间里,生命一直是慢腾腾的,看不出有任何朝着复杂方向前进的雄心壮志;接着,在仅仅500万年---4000万年*的一段时间里,它创造了所有今天在用的基本体形。你可以点出任何一种动物,从线虫到卡梅隆·迪亚兹,它们使用的都是在寒武纪派对上首创的架构。”
 
  *注:原文作者写的时间是500万-1000万年,笔者认为应该拓展到500万-4000万年



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