動物進化的起源 可能比之前認為的還要早

　　2018年09月08日 08:19 新浪科技


　　

　　生命之樹：這張動物關係圖顯示，左右對稱動物的進化源頭或許比之前認為的還要早。包括人類在內的每一種生物都可能是從寒武紀大爆發之前的某種左右對稱生物進化而來的。

　　新浪科技訊 北京時間9月8日消息，據國外媒體報道，「暴風雨來臨前的平靜」是電影導演的常用「套路」之一，作曲家也是如此。似乎沒有之前這一段平靜襯托，後面的爆炸就顯得不夠轟動似的。而科學家儘管不會承認，卻也常常陷入這樣的套路：要想突出強調某個現象，最好的方法莫過於先把它的前後左右「清掃一空」。

　　科學界充滿了戲劇性的開場方式，如宇宙大爆炸、生命的起源、動物的起源等等。學生物的都知道，動物的種類在5.3億年前的寒武紀生物大爆發之後出現了爆炸式增長。一種名為「奇蝦」（anomalocaris）的怪獸在海洋中橫行，把獵物盡數塞入甜甜圈般的口中。長得活像男性生殖器的鰓曳動物不停吞食著水中富有營養的小型生物。還有一種長相極其怪異的生物，長著兩排硬棘般的「腿」。由於它們的化石太過古怪，古生物學家乾脆將其命名為「怪誕蟲」（Hallucingenia）。

　　現存的大多數動物門類都是從寒武紀大爆發逐漸進化過來的。這段時期並不算長，從5.41億年前一直到4.85億年前，只持續了幾百萬年。至少科學家是這麼規定的。而科學家之所以稱其為寒武紀「大爆發」，是因為在此之前的數千萬年間，地球上幾乎沒有任何生物；而在此之後，也幾乎未出現任何新的動物門類。

　　

　　科學家在寒武紀大爆發之前的化石床中發現了形似羊齒植物的埃迪卡拉生物（左圖）。閃閃發光的櫛水母（右圖）也可能進化自寒武紀大爆發之前。

　　然而最新研究顯示，早在所謂「大爆發之前」，地球上似乎過一種黏糊糊的生物，它們不僅能進食，還可以交配。一群科學家大膽地指出，這些新發現說明地球上早就有生命開始逐漸進化了。關於大多數動物起源的理論突然變得像科學家強行杜撰出來的一樣。

　　「令人驚訝的是，寒武紀的化石記錄其實並沒有『爆炸式增長』的跡象。」瑞典烏普薩拉大學古生物學家格雷厄姆·巴德（Graham Budd）指出，「它其實是個頗為緩慢的過程，並非所有生物都突然之間冒了出來。」

　　哈佛大學古生物學家史蒂芬·古爾德（Stephen Jay Gould）在1989年出版的《奇妙的生命》（A Wonderful Life）一書中，用詩意的語言描述了寒武紀大爆發。身為一名作家兼科學家，他並未對大爆發前的時期展開描寫，而是用物種大爆發的解釋來填補空缺。他在書中寫道：「化石記錄中時而出現一些短暫的空缺，代表著幾次物種大滅絕，而在此之後，物種又會出現進一步分化。」在5.08億年前的寒武紀大爆發時期，留下化石記錄的生物種類簡直多得令人咋舌；而在此之前的4000萬年間，化石記錄則近乎為零。古爾德的進化觀點正是受此啟發。但這段遠古時期真的如此寂靜嗎？也許未必如此。

　　今年二月，古爾德逝世十幾年之後，進化生物學家在《自然》期刊上發表了一些最新發現，提出早在寒武紀爆發之前，海底泥土中可能已經有「好戲上演」。該項目由挪威薩爾斯國際海洋分子生物學中心的進化生物學家安德里亞斯·黑諾爾（Andreas Hejnol）領導。他提出，阿科爾扁形蟲（acoels）和海洋蠕蟲「異渦蟲」（拉丁語為Xenoturbella，意為「奇怪的蟲子」）應被加到「動物家族樹」的最低端附近。但不幸的是，這些小小的、黏糊糊的蟲子通常無法留下痕迹。「這意味著我們可能永遠都找不到它們的化石，儘管它們為生物多樣性又添加了一筆。」

　　不過，黑諾爾和他的團隊並未對化石展開研究。他們用基因測序法，重新繪製了一幅動物家族樹。為此，他們比較了包括蠕蟲、雞、和人類在內的75種動物的約800個基因，並根據種族之間的基因差別，繪製了一張生命樹。結果發現，「樹根」附近有一支屬於蠕蟲的分支。假如我們最早的祖先就像這些簡單的蠕蟲一樣，它們也許早在寒武紀大爆發之前就出現在了地球上。

　　科學家還在化石層中發現了一種早於寒武紀的神秘生物留下的痕迹。這些生物形狀十分奇特，有的像羊齒植物，有的像破碎的氣球，還有的呈螺旋狀。科學家將其稱作「埃迪卡拉生物群」（Ediacarans）。它們與當今的任何生物都毫無相似之處。一種流行理論認為，埃迪卡拉生物群是一群類似動物的生物，在寒武紀大爆發之前便已經滅絕了。這套解釋很符合古爾德「滅絕與爆發循環」的理念，但缺乏化石證據。而且邏輯學家也會指出，找不到證據並不是某種東西不存在的證據。

　　作為一名專攻生物進化的古生物學家，巴德對科學家在埃迪卡拉生物群和動物之間設置的分界提出了質疑：「我們不能說埃迪卡拉生物群看上去不像動物，因為我們無法得知當時的早期動物究竟長什麼樣。」巴德還補充說，我們沒有理由假定埃迪卡拉生物群與動物之間一定存在硬性區別。

　　按照巴德的設想，在寒武紀大爆發前的5000萬年間，海床上生長著許多埃迪卡拉生物，以及一些與動物有著相同關鍵特徵的生物。這一關鍵特徵就是左右對稱。左右對稱的動物都長有頭部和臀部，且明顯分為左右兩半，前進時通常頭部朝前。從用基因構建的生命樹可以看出，所有左右對稱的動物都有一個共同的祖先，並從這位祖先那裡繼承了左右對稱的特點。而上文提到的阿科爾扁形蟲和異渦蟲均為左右對稱。

　　巴德認為，埃迪卡拉生物群與遠古時期左右對稱的蟲類生物之間存在某種動態關係。他猜測，在埃迪卡拉生物生活過的地點，它們的殘骸應當在貧瘠的海床上留下了斑斑點點的營養物質。由於當時資源十分匱乏，蠕蟲可能採用了一些新方法來獲取自己所需的營養物。如有些發育出了新的進食和消化方法，有些則學會了鑽洞。這些都符合「適者生存」的原則。巴德將這套理論叫做他自己的「稀樹草原假說」（Savannah Hypothesis），認為其與人類祖先為了便於在非洲草原上迅速尋找食物、因此開始直立行走的理論有相似之處。按照這種觀點，早在寒武紀大爆發的幾千萬年前，地球生命就已經開始逐漸進化了。

　　儘管能夠體現這些蠕蟲與埃迪卡拉生物群之間關係的化石記錄少之又少，但分子生物學家針對早期動物起源的討論早在十幾年前就已經開始了。這些生物學家通過比較兩種現存動物之間DNA的區別，標定了所謂「分子鐘」，然後用該分子鐘對應這兩種動物與它們的共同祖先之間相隔的年份。掌握了基因變化的速率后，研究人員便可推斷出差別更大、共同祖先生活的年份更久遠的兩種動物的進化時間。大多數研究報告顯示，最早的動物出現於7億多年前。但這些論斷缺乏化石依據，也引發了大量爭議。「古生物學家一直很難接受這種理論。」費城天普大學進化生物學家布萊爾·海基斯（Blair Hedges）指出。

　　海基斯推測，由於寒武紀大爆發前的大氣中已經有了少量氧氣，這之前的幾千萬年間是有可能出現早期動物的。地質學家也的確在岩石中發現了氧氣的痕迹，寒武紀中期的氧氣濃度更是出現了激增。海基斯表示，這可以解釋為何化石記錄顯示在寒武紀大爆發期間動物體型突然增加、並且突然長出了堅硬的骨骼。

　　至於為何大多數動物（約36門）都出現在寒武紀大爆發時期，這種說法其實也有其缺陷，因為人類總想親自把世界安排得頭頭是道。無論是門、綱、目、科還是其它分類，都是人類武斷劃分出來的。「人們總想把自然界中多種多樣的生物劃分開來，因為它們實在是太多了。」布朗大學進化生物學家凱賽·都恩（Casey Dunn）解釋道。

　　都恩的觀點是在觀察神秘的海洋動物中形成的，如閃閃發光的管水母等。這些生物總能突破我們的想象力。都恩稱「門、綱、目、科」這種分類法的問題在於，科學家總會武斷地決定哪些特徵與這些類別有關或無關，因此有失公允。都恩認為動物沒有理由分為36門（也有人提出應為32、34或37門）。他認為任何兩種生物有多少共同祖先，就該有多少種門。既然目前約有200萬種已知物種，這一數字就應該為200萬減1。若真是這樣的話，寒武紀出現的生物遠不足以將其全部包括在內。

　　都恩是計算機科學和實地生物學方面的專家，留著一頭亂糟糟的金髮，說話一口嬉皮腔。談到「門」之類的分類法，他表示：「這就像有人宣稱某個國家的音樂數量比另一個國家要多，但其實只是因為他在這個國家總結出了更多的音樂流派而已。這個人可能比較在意旋律，就以此作為劃分依據；而換做別人，則可能以節奏為考慮重點，得出的結果自然也就不同了。」

　　

2013年，都恩和同事們開展了另一項「生命之樹」研究。他們在DNA分析中發現，櫛水母等複雜海洋生物的進化根源比阿科爾扁形蟲、甚至無頭無腸的海綿還要深，而科學家一直認為海綿很接近原始生物的原型。這項研究說明，早在左右對稱的動物於寒武紀大爆發期間出現之前，已經有大量動物開始進化了，並且留下了大量化石記錄。這段時期持續了很長時間，遠古生物得以經歷大量分化，有的逐漸進化成了現代櫛水母，可以發出熒光，還長有迷你大腦和羽毛狀的牙齒；有的則完全走向另一極端，進化成了「任人宰割」的海綿。

　　去年12月，都恩有關櫛水母的發現遭受了質疑。科學家們對「櫛水母的進化起點早於海綿」這一觀點表示懷疑。而黑諾爾近期提出的「寒武紀大爆發之前海洋中富含生命」的理論想必也會遭遇質問。的確，儘管DNA分析技術已經取得了長足進步，但5000萬年前動物的起源仍是進化學界最棘手的問題之一。黑諾爾倒是很高興看到有這麼多言論各異的觀點：「我很欣賞進化學界這種『杠精』式的思維模式。當我們發現了某樣東西、讓我們下意識地認為『不可能這樣』時，就意味著我們該停下來好好問問自己，為什麼會認為『不可能這樣』。」

　　達爾文想必會理解黑諾爾的觀點。畢竟《物種起源》中也充滿了各種不確定性。自然選擇學說的主要問題也在於缺乏能夠證明物種進化過程的化石記錄。這本書於1859年發表時，當時的教條認為，化石記錄中突然出現了動物，可以證明物種是始終不變的。但達爾文堅定地認為，這些生物不可能憑空出現。如果他的進化理論正確，那麼在這些化石形成前的世界中一定也「充滿了生物」。達爾文先是謙遜地認可了之前地質學家的工作，寫道：「與這些傑出的權威觀點相背離，是我太過草率了。」然後接著寫道：「在我看來，我將自然地質記錄看作這個世界保留下來的、有殘缺的歷史，而且是用不斷改變的方言寫成的。在這段歷史中，我們只佔據了最後一卷，而且僅涉及了兩三個國家。」

　　總之，暴風雨來臨前的寂靜需要我們更用心地傾聽。

之所以現在找到的物種都是5億年前出現的，是因為地球陸地板塊的不斷更新，大陸板塊不斷進入地幔，地幔物質又從另一段更新大陸板塊，所以地球46億年中找到的岩石絕大多數年齡小於5億年，這個5億年成為一切考古發現的最上限了。46億年中地球不可能什麼生物都沒有，5億年前的生物有可能已經輪迴數次，有可能不是以氧氣而是以甲烷和碳為基本元素的生物，而且數量也是非常龐大的。