“適者生存”，卻不一定活得最久

Tomsp360lib 2021-04-16

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*以下根據高山大學和荔枝播客聯合制作播出的播客欄目《科學相對論》節選整理而成。

※音頻剪輯丨荔枝&李嘉

※整理丨李嘉

※編輯丨朱珍

本期主播

朱茂炎

中科院南京地質古生物所研究員，中國科學院大學和南京大學教授

程巍William

高山大學2019級學員，達爾文細胞、火箭派航天創始人

William：

您從事寒武紀大爆發研究，大家一直有個很大的疑問，為什么那個時代會有生物的大爆發？這也是我非常感興趣的方向。我想請您先給大家大致介紹一下寒武紀的背景。

朱茂炎：

“寒武紀”可能現在被用作表示創新的名詞，寒武紀在地球歷史上也確實是一個創新的時代，大概在5億多年前的地球上，復雜多樣的生命（包括我們人類在內）在地球上突然出現。

達爾文寫《物種起源》提出進化論，但是他沒有辦法解釋為什么寒武紀動物在如此短時間內快速出現，我們把它叫做“達爾文的困惑”。從演化的角度，這是我們必須回答的問題，也是吸引人的一個科學命題。如果不去回答這個問題，可能就會進入宗教的思想。

地球生命起源實際上是一個永恒的問題。從求知欲的角度來說，我們人類始終在問自己，生命來自哪里，到哪里去？

地球起源于大約45.6億年前，按照現在已有的證據來看，地球起源之后很快生命就誕生了。但是一直到寒武紀，我們幾乎很難發現肉眼可見的復雜生命，所以寒武紀之前的這段看不到生命的時間段，我們叫“隱生宙”，之后叫“顯生宙”。

生命起源有兩種假說，一種是生命起源于外星球，另一種是生命起源于地球，這種假說要求我們從地球上找證據。

William：

也有另外一種理論認為，生命像蒲公英種子一樣拋灑在全宇宙。我們在一些小行星上發現了氨基酸的基本分子，如果美國毅力號和我們的天問一號在火星找到生命的遺跡，那么是不是意味著生命在整個宇宙當中并不是偶然？

朱茂炎：

生命起源需要有機分子，從小分子到大分子——氨氣、二氧化碳、氮氣等這是生命最基本的東西，但這還不能叫生命。真正生成生命需要DNA/RNA這些復雜的生命基本大分子形成以后，再形成一個細胞膜，使其獨立于自然界，之間可以進行能量交換，這才叫生命，我們叫“盧卡（LUCA, last universal common ancestor）”。

RNA或者復雜有機大分子，在宇宙的其他星球或塵埃里面可能都會存在，但是能不能形成細胞及以后的生命形式，還沒有很好的證據。

William：

從初始的生命形態到寒武紀三十多億年間，都沒有復雜生命的出現。那么，生命體本身在演化過程中是不是存在著一種內部的勢能？另外還有環境等復雜因素的變化一起造成了寒武紀大爆發？

朱茂炎：

確實是這樣。在整個宇宙世界里面，目前看，地球是唯一有生命居住的星球，生命的演化脫離不開地球自身的演化。因此，我們在研究寒武紀大爆發這套生命演化過程之前，就要把地球自身的演化研究清楚。

實際上寒武紀之前，大約6億年前到5.4億年前間，科學家們也發現了一些肉眼可以看見的復雜生命原始動物的祖先，在我國的三峽、貴州甕安，世界其他各地也都有一些證據。所以，演化的過程還是能夠追蹤的，只是這個過程確實在距今6億年前左右加快了。

William：

也就是說在寒武紀突然爆發之前，其實已經有一個預熱期了?

朱茂炎：

實際上有一個序幕，我把它稱為叫做“隱形爆發”，然后再到寒武紀大爆發。寒武紀之前的一個時代——“埃迪卡拉紀”的一些復雜生命看起來像動物，又不像動物，它們個體很大，有的可能達到半米到一米，還有分節的像動物的特征，像水母、蠕蟲等等。

盡管我們還沒有找到它們跟真正的動物之間相關性的證據，比如說消化器官、眼睛、運動器官、腸道等，但確實比之前的生命復雜得多?，F在很多證據表明它們跟動物是近親，應該是原始動物的一個祖先類型，是動物起源的一個重要的階段，然后才進入寒武紀大爆發。

William ：

那么在寒武紀時代有沒有代表性生物及相關生活習性？

朱茂炎：

剛才我就提到了奇蝦，2米多，是水中霸王，而且種類繁多。它的牙齒在圓盤一樣的口中，能夠吃肉，還有巨大的前爪能夠捕食，顯然那個時候的生態系統已經非常復雜了。

三葉蟲是寒武紀標志性生物，因為三葉蟲有礦化的骨骼，很容易保存為化石。但是，實際上像奇蝦類沒有礦化的生物還是非常的多。

現在看來寒武紀的面貌跟后來的沒啥差別，盡管生物在演化，但那個時候至少所有的食物鏈，各種環境下各種運動方式的生物都存在，跟我們現在的海洋生態系統，實際上沒有太大區別。

William：

現在如果人類穿越回去的話，能存活嗎？

朱茂炎：

雖然海洋生態系統基本上跟現在已經差不多了，但大氣氧含量可能達不到現在這么高，不過至少達到了50%以上。就像在高原上，大氣氧稀薄，人類仍然能生存一樣?；氐胶浼o，人類應該也是可以生存的。

所以從我個人角度說，從寒武紀開始，現代地球生命系統就已經建立起來了。 如果我們把地球分成幾個階段，寒武紀就進入一個現代地球的階段，與現在地球的區別不是很大。陸地上可能跟現在不一樣，陸地的植物或者陸地生態系統那時還沒有建立起來。

William：

寒武紀生命大爆發是全球各地點同時發生的，還是某一地點爆發之后慢慢延展到全球范圍的？

朱茂炎：

整個大發展的過程，整個高峰期也就幾千萬年之間，從一個沒有復雜生命的世界變成一個復雜生命繁盛的世界，還是非?？斓摹?/span>全球各地差不多時間段的地質記錄都記錄了這一段歷史。

所以現在我們的研究工作也不僅是在中國，全球各地的國家都在做，包括我們自己課題組也拓展到西伯利亞、蒙古和北非做研究，要回答我們想要知道的問題，必須要做這樣的研究。

William：

我們現在要去澳大利亞、北非去做這個研究，但是大陸是漂移的，當時大陸應該不在現在這個地方是吧？

朱茂炎：

對，完全不一樣。海陸不停地變遷，大洋打開又封閉，大陸之間碰撞、分裂很多次，甚至地球上發生了幾次超大陸，地球表面上所有的大陸拼合在一起。

實際上，寒武紀大爆發之前有一個超大陸——羅迪尼亞超大陸（Rodinia）。超大陸裂解以后可能帶來氣溫的變化，地球進入冰河時期，連赤道地區的海洋都被冰凍住了。地質記錄表明復雜生命在這之后加速演化。

所以，剛才講生命演化跟地球本身的演化之間的關系，是我們想努力回答的問題。

William：

地球被凍住之后，反而加速了生物的演化？這個有點反常理。

朱茂炎：

這個問題現在我們沒辦法去認證。有一些科學證據表明物種起源本身需要地理隔離，基因在沒有廣泛交流（也就是隔離）的情況下發生基因突變，在一個獨立的生活區里面，變異就會積累。

也許雪球地球時期，在某種極端環境下，比如溫泉或者海洋底下的某一個角落有很多孤立的種群，它們在那里進行了很多基因層上的變異。一旦極端環境結束，它的基因再跟其他的種群快速交換，這種現象可能對生命新物種的起源和創新是有幫助的。

環境越惡劣，基因越容易發生變化，基因突變不一定是定向的，不知道哪一天適應了環境，就得到了表達，物種可能就創新了。極端的環境對生命演化不一定是一種打擊，對整個群體生命進化的過程，可能是一種創新。

地球歷史上經過多次大滅絕，大滅絕以后又出現新的物種類型，跟剛才講的過程是類似的。災難過后一套新的生態系統、一套新的生物群就出現了。

William：

物種大滅絕多因為行星撞擊、火山噴發。那么，生物自己在發展的過程中，是否會因為比如過度攫取了某種能源，而造成滅絕？

朱茂炎：

地球歷史上來看，還沒有出現生物主動把整個生態系統毀掉的過程。因為每一個地質時代都有主導的新物種，它適應當時生存環境，維持著系統的平衡，一定是外界作用才干擾了平衡。

很多大滅絕不是生命自身引起的，沒有生物自己造成系統崩潰的情況。但是，人類我不確定，人類通過人為或智能的創造，是不是會對整個系統發生毀滅性的破壞？我們沒法去預測，但是不排除這種可能性。

William：

從過去的5次大滅絕，我們能推算出下次大滅絕在什么時候嗎？

朱茂炎：

有研究人員認為地球正處于第六次物種大滅絕時期，就是因為人類的出現。實際上有點聳人聽聞。

有這樣的統計，幾千萬年來，地球的大型動物滅絕率高達50~60%以上，這個滅絕率非常高，這是個大問題。而且，地球面臨滅絕的物種還是非常多的。所以，繼續保護這些物種的生存可能是我們人類亟需做的事情，不然系統沒法維持平衡。

人類對整個系統的破壞，不僅導致了一些脊椎動物的滅絕，實際上還改造了地球，比如人類耕種農業。實際上，現在地球上的植被超45%都是人工繁殖林或者是農業作物，熱帶雨林、原始森林的面積占比基本上越來越小了。這本身實際上是脫離了自然的過程，是人類主導了整個系統的變化，還是挺令人擔憂的。

從地球或者宇宙的角度來看，人類還是很渺小的，一個病毒就可能引發一場生命災難。實際上，從歷史演化角度看，這種事情發生了多次。

一般來說，最適應的物種反而是最難延續的，因為它對某種環境適應性越好的時候，應對災難的能力就越弱。

所以，一旦環境發生了變化，延續下來是那些適應性非常廣的生命，看起來非常原始的生命力極強的物種。

但站在人類自己的角度考慮，未來不容樂觀。

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來自： Tomsp360lib > 《生命科學》

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