許漢奎

達爾文的進化論問世至今已近150年了，它被學術界公認為是最偉大的理論之一，但是對普通民眾來說，有許多人還未真正了解它。

不可否認，進化論仍有一些問題未解決，如生命是如何起源的，物種沖突是如何導致進化的，新的物種是如何形成的，進化是否可以預見，以及寒武紀生物大爆發(fā)與進化論是否有矛盾等等。其中生命起源問題引起了人們最大的關注和爭論。對地球的生命是如何產(chǎn)生的，人們雖然提出了許多假說，但至今未有一個獲得公認。人們希望通過模擬早期自然界環(huán)境而創(chuàng)造出生命，但也一直未能成功。2005年美國科學家聲稱能制造出與自然界很相似的“細胞”，但它仍然缺乏屬于生命定義的兩個重要特征，即自我繁殖和進化的能力。盡管目前人類尚無法破解生命是如何產(chǎn)生的，但卻可以了解早期生命是如何進化的。

太古代(距今36至25億年)：原核細胞時代

地球最早發(fā)現(xiàn)有生命跡象存在是在格陵蘭距今38億年、世界上最古老的沉積巖中發(fā)現(xiàn)了有機碳，而有機碳是生命的殘留物。發(fā)現(xiàn)最原始的細胞化石是在澳大利亞和南非距今35億年和34億年的沉積巖中，它們是分別僅有十幾微米的絲狀和球狀的細菌或藍藻菌，它們只有原生質和細胞膜，沒有細胞核，稱為原核細胞。細菌體內無葉綠素，故不能自養(yǎng)；而藍藻菌有些有葉綠素，故能吸收二氧化碳和陽光，并進行光合作用，從而制造出有機物供細胞生長且釋出氧氣。在南非和澳大利亞距今32億年的燧石層中發(fā)現(xiàn)這類細胞化石就更多也更清晰了。我國山西五臺山地區(qū)在距今25億年的太古代晚期發(fā)現(xiàn)的原核細胞就更清晰了(圖1)。

有人否定早期原核細胞存在，認為那是巖石結構。但只要了解地球早期大氣層的變化，就不難證實了。地球原始大氣層和其他行星一樣，充滿了二氧化碳、一氧化碳、甲烷、氨氣、氫氣等，但沒有氧氣或極少極少，而且地表溫度高達70～80℃。這樣的惡劣條件卻有利于原核細胞的產(chǎn)生和生長。后來氧氣的逐漸增多，顯然與藍藻、藍藻菌的光合作用有關。盡管它們很微小，但由于它們無性繁殖很快，繁殖一代僅需20分鐘，故其數(shù)量呈幾何級數(shù)增長，導致氧氣含量越來越多。

如何證明當時大氣層中氧氣的增加呢?這從太古代后期在澳大利亞、在我國華北和東北、在巴西等地發(fā)現(xiàn)的特大型沉積鐵礦得到證實。當時火山噴發(fā)頻繁，因此水中有大量二價鐵存在，而當氧氣增加時，就可把溶于水的二價鐵轉化為不溶于水的三價鐵，從而在水中大量沉淀下來，以致形成了世界性的“成鐵事件”。

元古代早期(距今25至16億年)：真核細胞時代

元古代初期當大氣層的氧氣增至占大氣總量的1％時，有核細胞出現(xiàn)了。固有核細胞需進行有氧代謝，而且有核細胞不能防衛(wèi)強烈的宇宙射線、紫外線，故只有地球有足夠氧形成阻擋射線的臭氧層之后，才適合它的產(chǎn)生和繁衍。有核細胞也稱真核細胞，它的形成顯然是由原核細胞中一些分散的核質集中，而逐漸形成了細胞核而來的。有了細胞核就會進一步分為核仁、核液和染色體，還會促使細胞吞進其他細胞而成為其細胞內的葉綠體、線粒體、核糖體、溶酶體等。所以，它比原核細胞大多了，也復雜多了，增加了各個成分之間的分工和合作，故細胞核可以說是遺傳信息的儲存、復制和轉錄的主要場所。所以真核細胞的出現(xiàn)是生物史上一次大的飛躍。

真核細胞的出現(xiàn)，使藻類進入了空前繁盛的階段，不僅如此，它還為進化為有性繁殖和多細胞，進而進化為各種更高的動、植物提供了基礎。例如我國山西永濟地區(qū)在距今13億年的巖層中發(fā)現(xiàn)了一種長橢圓形的藻類化石，它的表面有特征的、螺旋分布的溝紋裝飾，這與現(xiàn)代沼澤中一種綠藻類的螺帶藻十分相似，所以它很可能成為目前已知的最早有性繁殖的真核細胞化石，這對研究地球生物何時出現(xiàn)有性繁殖至關重要。

地球上最早的真核細胞是在澳大利亞距今25億年的沉積巖中獲得的，它是以生物標記物——甾烷的形式從巖石中分離出來的；而化石可能是加拿大距今19億年的燧石層中某些球狀化石；我國河北在距今18億～17億年的巖石中也采到很多、保存很好的真核球狀化石。

中元古代(距今18至10億年)： 多細胞藻類時代

隨著有核細胞藻類的出現(xiàn)，藻類空前繁盛起來，藻類的激增必然引起細胞間質的分化，促使單細胞藻類向群體、多細胞方向進化。以現(xiàn)生衣藻為例，衣藻細胞分裂產(chǎn)生的子細胞一般都離開母體獨立生活，但在不利條件時，它們就躲在母體包囊里共度難關，形成最初級的多細胞藻類；盤藻則更進一步，由14～16個細胞組成群體，細胞間有一定聯(lián)系，行動也統(tǒng)一；空球藻就更進一步了，由32～64個細胞組成群體，細胞間有了分工，一兩個細胞喪失繁殖能力成了營養(yǎng)細胞；到了團藻細胞就更多了，它由幾百個甚至數(shù)萬個細胞組成，之間有原生質絲聯(lián)絡，專司營養(yǎng)的細胞也占多數(shù)，這就是多細胞進化過程，在化石藻類中也能見到這種進化趨勢。

真核細胞、多細胞藻類的出現(xiàn)大大加速了物種多樣性的產(chǎn)生。如太古代的10億年間，原核細胞才進化至4千余種，而有核細胞和多細胞出現(xiàn)的15億年間，很快達到了10余萬種，這顯然與多細胞和有性繁殖的出現(xiàn)有關。

新元古代(距今10至5.4億年)：原生動物時代

中元古代雖然出現(xiàn)了許多多細胞的藻類，但它們個體都很小，一般要借助放大鏡和顯微鏡才能見到。但是到了新元古代，隨著藻類的進化，一些大型的宏體多細胞藻類，如綠藻、紅藻、褐藻等出現(xiàn)了，這為今后進一步進化為更大型的蕨類植物提供了基礎。

更令人矚目的是新元古代后期動物出現(xiàn)了，這也是劃時代的事件。盡管世界各地都有古老動物化石的報道，但獲得公認的是我國貴州甕安在距今5.8億年的磷礦層中發(fā)現(xiàn)大量球形微體化石(圖2)，其大小在0.5毫米左右，具有細胞分裂，而且這些分裂細胞都是呈螺旋狀排列，這與藻類平面交叉的細胞分裂不同，而是與現(xiàn)代海洋兩側對稱的無脊椎動物的胚胎很接近，所以這些化石被公認為動物胚胎化石。

2005年，中科院南京地質古生物所的尹磊明研究員與外國學者一起在湖北宜昌一距今6.32億年的硅質層中又發(fā)現(xiàn)這類化石，而且胚胎細胞外有一層囊胞包裹著，囊胞外有刺狀突起物，成為真正休眠卵。這一發(fā)現(xiàn)很重要，因為不僅再次證明翁安發(fā)現(xiàn)的確實是動物胚胎化石，而且把動物化石發(fā)現(xiàn)的時間推前了5千萬年。遺憾的是宜昌發(fā)現(xiàn)的也只是動物的卵化石，而未見動物的成蟲，是什么動物在翁安和宜昌產(chǎn)下了這千千萬萬的卵化石至今仍是個謎。

目前發(fā)現(xiàn)的動物化石都是多

細胞動物化石，因能產(chǎn)卵顯然屬多細胞。動物的最初階段顯然也是單細胞，而且是從有核的單細胞藻類進化而來(只是目前尚未發(fā)現(xiàn)早期單細胞動物化石)，這看起來有些不可思議，但了解了也不足為奇了。因最早期動、植物有時是很不好區(qū)分的，如現(xiàn)生的單細胞眼蟲，既可稱原生動物，因為它有一根鞭毛，使身體可以游動；也可稱為眼蟲藻，因為它有葉綠體，可像植物一樣吸收陽光和二氧化碳而制造有機物。還有現(xiàn)生草履蟲，它也是兼有動、植物特性。

至于動、植物是如何分野的?地質學家推測，在距今7億年前，由于大冰期結束、氣候變暖，海水中有核單細胞藻類大量繁殖，競爭劇烈，促使有些藻類充分利用細胞的葉綠體進行光合作用，不斷增強自身制造營養(yǎng)物質的本領，久而久之，細胞內動物機能就逐漸喪失，慢慢成了真正的植物——藻類；而有些藻類為了生存、發(fā)展，不斷應用運動的機能，占據(jù)有利地段，甚至在危急下，攫取其他弱小的原核細胞，長此下去，植物機能漸漸失去，相反運動機能、吞食機能和消化機能越來越強，終于成為單細胞的原生動物了。近年美國科學家發(fā)現(xiàn)一種蝸牛，當它們大量吞食藻類后會使藻類的葉綠體留在自，己體內發(fā)揮作用，從而靠陽光和二氧化碳制造出食物供自己所需。這充分表明在低等的生物中，動、植物的界限不是非常分明的，而且是可以相互轉換的。這也就是原生動物出現(xiàn)后藻類逐漸減少的原因，隨著動物的不斷涌現(xiàn)，藻類近30億年對地球的統(tǒng)治終于結束了，所以這一時期也可稱原生動物時代。

新元古代末期(距今5.7至5.4億年)：埃迪卡拉生物群的出現(xiàn)

1946年在澳大利亞南部埃迪卡拉山區(qū)距今5.7～5.4億年的砂巖中，發(fā)現(xiàn)了大批奇形怪狀的化石，它們大多屬扁平狀印痕，一般只有幾厘米大小，個別的可達1米以上，它們身上無骨骼，體外無硬殼，這一新奇的生物群后來在除南極洲外的各大洲均有不同程度的發(fā)現(xiàn)。有些學者認為它們分別屬于腔腸動物的水母類、水螅類等，環(huán)節(jié)動物的多毛類以及節(jié)肢動物等；另一些人覺得它們缺乏動物所具有的運動、攫食、消化等器官功能，故應歸于營自養(yǎng)的類似植物和菌類或是一類特殊生物；更有人根據(jù)它們與后來寒武紀生物大爆發(fā)后的生物面貌截然不同，而把它們歸于生物大爆發(fā)前一次失敗的生物進化過程?？傊?，由于這一生物群的特殊，引起人們的廣泛興趣和爭論，成為一個未解之謎。

近年中科院南京地質古生物所朱茂炎研究員為首的一個中、澳、美研究小組在貴州江口縣距今5.6億年的黑色頁巖中找到了保存很好的動物化石——八臂仙母蟲(圖3)，這是一實體化石，不像埃迪卡拉的痕跡化石，而且它屬于成蟲，故個體較大。其直徑大約2～4厘米，身上有8條側緣平滑、呈螺旋狀向外的旋臂，這是肌肉構造。它體外有一層皮膜把它包裹著，當它緩慢移動時，金靠這些肌肉來進行。這一重要發(fā)現(xiàn)公布后，引起廣泛矚目，因為它是埃迪卡拉生物群唯一的實體化石，也是世界上發(fā)現(xiàn)最古老的動物成蟲化石，而且它與現(xiàn)代海洋中珊瑚、水母等動物類似，這表明埃迪卡拉生物群與后來早古生代生物群還是有聯(lián)系的。

我國發(fā)現(xiàn)了距今6.32億年和5.8至5.7億年的大量動物胚胎或卵化石，以及距今5.6億年埃迪卡拉生物群的實體化石，這些都是寒武紀生物大爆發(fā)的前奏，這充分說明寒武紀生物大爆發(fā)絕非偶然，只是大爆發(fā)前可能氣候還比較寒冷，不太適宜動物的大發(fā)展，或是有大量化石但尚未被發(fā)現(xiàn)而已，就像寒武紀大爆發(fā)的第二幕——云南的澄江動物群，目前在世界上也僅發(fā)現(xiàn)于我國的澄江地區(qū)一樣，并不奇怪。

從以上簡介不難看出，進化論今天雖然還不能完全揭開地球生命是如何產(chǎn)生的這一巨大難題，但這一點也無損于進化論的偉大和光輝，因從地球最早期的化石記錄中(這是達爾文當時不知道的)，完完全全證明了地球上的生物確確實實是從最低等的原核細胞(病毒雖然比原核細胞更原始，但它不能保存為化石，因此人們更難弄清它)、真核細胞、多細胞等等一步步進化而來，上帝是無法創(chuàng)造這一切的。

[責任編輯]龐云