“寒武纪生命大爆发”形象地描绘了寒武纪生物的快速演化及辐射发展。正如澄江动物向我们展示的那样,寒武纪的生物门类与以前相比,成倍地增加。生命为什么会以“爆发”的形式出现在地球上?难道真的是彗星或陨石从天外带来的“生命之种”吗?是什么原因促成了地球上生命的突然繁盛呢?
用科学的方法分析,澄江动物群所证实的寒武纪生命大爆发不是上帝的恩赐,也不是无源之水,无根之木,这是一个自然演化的过程,是各种因素的综合诱导,从量的积累到质的飞跃。
生命的演化进程是内因与外因共同作用的结果,内因通过缓慢的积累,在外因强烈而迅速的影响之下,使生物发生突变,往往会形成新的物种。众多互不相关的生物门类同时卷入寒武纪早期生命辐射演化和生物矿化事件,这一事件除了生物本身为这一过程做好准备条件之外,显然还与我们所知不多的当时全球环境剧变有关。
生态学家提出了“收成原理”,他们认为这是自然界一种奇特的自然现象。在寒武纪初期或者更早,地球上出现了一些介于动物与植物之间的“植物性动物”。它们和藻类十分相像,其大量繁殖是寒武纪生命大爆发的主要诱因。当这些生命充斥了古海洋时,就需要出现一些掠夺性动物来“消灭”它们,以保护海洋中的生态平衡。这些后来出现的“消灭者”就是“寒武纪生命大爆发”的主角。“收成理论”认为,寒武纪生命大爆发是一场地球历史上伟大的生态革命。这是具有一定道理的,因为动物食性的改变和分化的确定是形成新种类的“催化剂”。但是,这种理论无法解释为什么这种伟大的生态学革命单单会发生在寒武纪初期(因为在此之前,古海洋中的微体和宏观藻类都曾极度繁盛过),而且几乎所有的现代动物门类都出现在那一时刻等一系列关键问题。
物理学家认为,是地球大气圈中氧含量的上升引起了生命突变。这种假设在1964年一提出来即成为十分流行的观点。这种说法认为,地球经过太古宙、元古宙近40亿年的演化,火山活动和外星的碰撞减少,地球大气趋于稳定,大气中大量的CO2已被转移到海水中生成了碳酸钙,形成了岩石,这样,就为氧气进入大气圈腾出了空间。同时,古海洋中大量繁殖的藻类植物的长期贡献,大气中氧含量快速增加。科学家估计,到寒武纪初期,大气中氧含量已达到现代大气含氧量的10%。这种观点认为,在刚刚进入寒武纪时,地球大气中氧的含量正好积累到能够供给大量动物呼吸的足够含量,并且能有效地阻挡来自太阳的强烈紫外线,促使大量新型生物在短时期内爆发式地出现。但是,地质记录表明,早在约20亿年前,地球上就有了极为丰富的能够进行光合作用的单细胞生物了,为什么非要等到15亿年后的寒武纪初期才可出现足够的氧含量呢?虽然有人指出,到寒武纪初,可能氧的含量正好“积累”到了足够的量,但这一观点尚未得到地质学家和古生物学家的广泛认同。
海洋化学家认为,这可能是海水中磷增加的结果。地球由于长达数亿年的频繁岩浆和火山活动,以及地表水对陆地岩石的风化淋滤搬运作用,海水中磷的含量稳步增加,在8亿年前的元古宙末期形成了全球性大型磷矿床。特别是在近海岸河流入海口附近海域,磷元素含量呈梯度变化,有可能使微小生命结合水中的磷、钙元素形成内外骨骼来防御天灾与敌害。在这些自养生物发展到一定程度时,它们便互相吞食,并纷纷利用海水中的磷、钙元素“装备”自己,生出了外骨骼、大鳌、牙齿等,生活方式也变得多种多样,有的游泳,有的底栖,有的钻入海底淤泥中。这种说法似乎有一定的道理,但还是无法解释“氧含量说”所遇到的难题——为什么单单到了寒武纪初期,海水中的磷、钙含量才恰好增加到了足够的量?
生物学家提出了“细胞理论”,将寒武纪生命大爆发比作一场“建材革命”。因为细胞是构成生命的基本成分,在大爆发事件中,生物的形态大大地复杂化了,只有在细胞多样性演化达到40~50种时才可能发生。但是,现代细胞生物学证实,早在17亿年前,蛋白质的复杂结构就已形成,因此没有理由相信细胞的多样性变化会是寒武纪初期生命大爆发的主要原因。
地质学家综合了地球科学、天文学、古生态学等多方面的认识提出了自己的观点,认为地球在宇宙中的某一神秘而恰当的位置对于启动生命突变起到了关键性的作用。
太阳系在银河系运行时,要穿过星际介质不同的部位,如旋臂、中性氢云、超行星相对密集区、银河系磁场相对强烈区、宇宙射线密集区等,那里的宇宙作用会使地球表面接受太阳能的强弱发生变化,这些宇宙作用会影响到地球表面的生物,发生基因重组,从宏观上产生新的生物群落。
地质学家发现,在地球史上,共发生过5次全球范围的大陆冰川,在6亿年前的新元古代末期,出现了第二次大规模冰川事件,在长达上千万年的冰封时期,生命调整了自己的适应能力,那些能适应环境生存的优秀分子保存了下来。冰期过后,地表开始升温,陆地冰川消融,海平面上升,地球上出现了多种自然环境,多种气候条件,那些“解禁”后的优秀分子迅速勃发,辐射出大量的生命形式。
生命演化示意图
地质学家还观察到,在最近的670万年内,平均每隔60万年,地球上便会出现一次生物进化事件。一些古老的种类在很短时间内消失了,被另一些新的种类所代替。科学家用我们所熟悉的一年中的四季作比喻,认为这样的更新事件总是发生在以60万年为平均周期的“大年”的冬末春初。
在地球历史上,以气候变迁为“大年”的周期为2亿~5亿年,它的标志是全球性大冰期的反复出现。古生代开始时,恰好是地球史上第2次大冰期结束后不久,古生代相当于第一个完整的“大年”。它以寒武纪为春季,奥陶纪为夏季,泥盆纪为秋季,石炭纪和二叠纪为冬季(晚古生代发生了全球性大冰期)。生物进化史中,规模最大的灭绝事件发生在二叠纪末期,而生物大爆发恰恰发生在属于“春季”的寒武纪初期!
虽然人们目前还不知道,除了中国之外,地球上是否还存在“寒武纪生命大爆发”留下的化石记录的地点,它们彼此之间是否存在联系,但它出现在地球历史中“大年”的春季乃是客观存在的事实。
从生物本身的内因来看,中国科学家从距今5.8亿年前新元古代末期震旦纪地层中找到了藻类生命出现性别分化的痕迹,因此,可以认为,在5.6亿—5.3亿年前的3000万年之间,生物基因由简单的6~8个不断扩增到临界点,导致原始生物的分化和众多的多细胞动物的产生。
总之,寒武纪生命辐射式的演化使达尔文进化论中提出的“自然选择”和“地理隔离”观点无法自圆其说,而达尔文无法解释的生物大爆发现象依然没有明确的答案,它需要更多的科学家去探索。