【2016科學與無神論論壇演講】生命大躍進

06-04

我們的地球，是宇宙中一顆非常不同的行星，因為地球上產生了生命。當然，我們的地球絕對不是宇宙中唯一有生命的行星，但確是獨一無二的——因為生命的進化是不可逆的，任何一個星球上如果出現了生命，她的生命的進化模式都是不一樣的。

大家好，我是來自煙台市博物館的江泓。同時我也是一個科普工作者——主要是做古生物科普。感謝科學公園給我這個機會來參加論壇，跟大家討論一些生命進化中的事件。我們的地球，是宇宙中一顆非常不同的行星，因為地球上產生了生命。當然，我們的地球絕對不是宇宙中唯一有生命的行星，但確是獨一無二的——因為生命的進化是不可逆的，任何一個星球上如果出現了生命，她的生命的進化模式都是不一樣的。地球是在距今46億年之前產生的，在38億年之前地球上出現了生命。最早的生命是細菌和菌類，還有咱們所說的植物中最低等的藻類，他們屬於單細胞生物。到後來有了簡單的多細胞生物。從38億年之後一直到距今5.4億年之前，生命形式都是比較單一的，比較簡單的。而在距今5.4億年前，出現了一個重大的事件，這個事件叫——寒武紀大爆發。可能很多人都聽說過，這大爆發和大滅絕的理論。寒武紀大爆發代表的是現在的幾乎是所有生命形態的出現。從寒武紀大爆發以後，剩下的大事件，就是脊椎動物的出現，魚類的出現，魚類的登錄，還有爬行動物的出現，一直到恐龍的出現。這就是我們熟知的重大事件。

這是一個螺旋形的生命進化圖景。首先是地球誕生於距今46億年前；然後，生命出現，是38億年前；在上面的，寒武紀大爆發，是距今5.4億年前；然後，魚類登陸，是3.6億年前；然後，恐龍出現，是2.25億年前；到恐龍滅絕的時候，是距今6500萬年前；之後，地球歷史進入了新生代——新生代又被稱為是哺乳動物的時代；在距今四百萬年前，出現了南方古猿——南方古猿被認為是從猿到人進化的一個重要節點；然後是我們，我們被稱為智人——晚期智人，從人類學的角度來說，我們是距今四萬年前才出現的。如果我們把地球的歷史比作24個小時的話，有幾個重要的事件可以從這24小時中標識出來。首先是，在五點四十分，生命誕生。然後，寒武紀大爆發，是九點鐘。也就是說，從這個鐘錶上來看，五點到九點之間，沒有什麼大事件發生。然後到了十點四十分，恐龍出現。而我們人類出現，是在二十三點五十九分——就是說，在最後一分鐘，我們人類才出現。我今天要講的，不是爆發、滅絕這些大事件，而是一些簡單的結構。但是這些結構足以改變我們生命進化的歷程。

首先，第一個是——光合作用（Photosynthesis）。

這是「太古宙（Archean）」時期的地球。也就是寒武紀大爆發之前的地球。當時的地球和今天是完全不同的，天空是紅色和紫色的，海水也是紫色的，地面上沒有任何的生命。那個時候的大氣成分，和今天也是完全不同的，沒有一丁點的氧氣。38億年前，生命誕生；25億年前，光合作用出現了。

最早的參與光合作用的生命，就是細菌和藻類。最早的光合作用並不是葉綠素來參與的，而是要錳原子簇——錳原子簇最早的作用，就是保護這些簡單的細菌和藻類的外殼。因為那個時候我們的地球沒有臭氧層，所以，來自宇宙中的包括紫外線在內的所有的射線，是直接到達地面和海洋的。生命為了保護自己，就會從周邊的環境中吸收錳元素，然後在自己的身子外層形成一個保護膜。這個錳原子簇還有一個功能，就是進行光合作用——但是跟葉綠素相比，那是差之千里。後來，就是在錳原子簇的帶動之下，葉綠素開始出現，開始進行了光合作用。然後，出現了地球上非常著名的一個事件，大氧化事件——也就是地球的大氣中出現了氧氣。

那麼氧氣到底有什麼好處呢？第一是提高能量的使用效率；第二是支持了有氧呼吸——有氧呼吸比無氧呼吸的效率更高，能量轉化得也更快；第三就是形成臭氧。我們知道臭氧層在地球外面形成了一個保護膜，被稱為「地球生命的保護傘」。它可以抵擋來自宇宙中的射線，包括削弱紫外線。

第二個是——眼睛（eyes）

這是美國非常著名的女作家，海倫·凱勒。她著名的一篇作品，叫做《假如給我三天光明》。因為海倫·凱勒從小因為疾病而失去了視覺和聽覺。她在作品中有這麼一段話：「假如我有三天時間視力正常，最盼望看見什麼? 我會把這三天分為三部分……」我們知道，我們最直觀感受世界的方式，就是視力，所以眼睛也被稱為是「心靈的窗口」。那麼，最早的眼睛，是什麼時候出現的呢？

這是一隻三葉蟲——它是有化石記錄的最早的有眼睛的生命。它出現的時代，是距今5.4億年前的寒武紀——實際上三葉蟲就是寒武紀大爆發時期出現的一個物種。雖然在化石證據里，三葉蟲是最早有眼睛的，但它不見得是最早長眼睛的生命。

這是電影《少年派的奇幻漂流》的劇照。在夜晚，少年派發現大海中出現了綠瑩瑩的光，這個並不是電影的杜撰，而是實際存在的。

這張照片是塞班島。塞班島的夜晚，在海灘上會出現這種熒光的藍色物質——這是熒光的藻類發出的亮光。那麼，藻類和眼睛有什麼關係呢？

藻類和眼睛的確是有關係的。這個是發光藻類的簡單結構圖。大家可以看到，綠色的部分，這是光敏色素——光敏色素的作用是對光產生感知。藻類發出光，它的目的並不是為了好看，而是為了讓其它的同類感受到這個光——這，實際上就是最早的視力。所以說，所有動物的眼睛，都起源於一種會發光的藻類。但是這個起源的時間，我們還不能確定，因為沒有化石證據。雖然只是推測，但的確是成立的。我們來看今天的眼睛都有什麼樣的。

這是蜘蛛的眼睛、蜥蜴的眼睛、貓頭鷹的眼睛、我們人類的眼睛。所有這些眼睛的視覺，都來自於我們剛剛提到的感光藻類。

第三，要介紹的是——脊椎（vertebration）

我們從小學生物課就知道，脊椎動物分為五大類——魚類、兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳。那麼，最早的脊椎動物，是什麼時候產生的呢？

這就要通過化石證據——這就是最早的脊椎動物的化石，它的名字叫海口魚，生活在距今5.3億年前，在中國雲南發現的。同樣是寒武紀時期。

這是海口魚的復原圖，它有點像今天的文昌魚。這是很小很小的魚，長度只有4到5厘米。

這是海口魚所生存時代的復原圖。這個叫澄江生物群，是證明寒武紀大爆發的一個證據。這其中有很多的原始生命：首先是奇蝦，這是寒武紀時期最頂級的掠食者，體長達到兩米，它是外骨骼，類似於今天的蠍子、蜘蛛這類東西，它的骨骼是在身體之外的；然後是三葉蟲，剛才介紹了，它是最早有眼睛的動物；再有是海口魚，銀色的小魚，非常非常小。

在海口魚出現之前，那麼長的生命歷史中，沒有脊椎出現。那麼相對於無脊椎動物，脊椎到底有什麼優勢？

首先就是身體更靈活。我們知道脊椎是由脊椎骨一節一節連起來的，所以它有非常高的靈活度和彎曲度。

第二是更快的速度。動物的骨骼是非常強韌的，它連接著肌肉和筋腱。以獵豹作為代表，獵豹是陸地上最快的動物；空中最快的，也就是飛行最快的動物，應該是雨燕；海洋中游泳最快的動物，是旗魚。

第三是體格會更強壯。非洲象是今天陸地上最強壯的動物，它同樣是脊椎動物。

還有就是身體更龐大。藍鯨是今天地球上最大的動物，也是現在有足夠化石證據的地球上出現的最龐大的動物。最大的藍鯨，體長能達到33米。圖片中是個亞成年個體，應該也就是二十多米。

第四個，是下頜（lower jaw）的產生。

最早的動物是沒有下頜的。這個是無頜類，它沒有嘴，它是和海口魚同時代的魚。

還有這種魚，叫槍盾魚，它也是一種無頜類。無頜類的嘴巴沒法像我們的嘴這麼靈活，它的嘴閉不上，也張不了更大，吃東西的時候只能靠吸進去。如果它的食物比它的嘴更大，它是無法進食的。那最早的有頜類是什麼呢？

這是我們中科院古脊所最新發現的一種魚類——長吻麒麟魚。在距今4.23億年前，它生活在泥盆紀，也是我們中國的。它是代表了從無頜類到有頜類進化的一個標誌。

這就是一個從無頜到有頜的進化過程。最早的是原頜魚；然後到了硬骨魚類，下頜就形成了；最後是我們人類。

這是下頜出現之後的第一批頂級掠食者——鄧氏魚。這種魚的體長達到了6米，但是它的下頜和我們的下頜還不太一樣。雖然我們從圖中可以看到它有牙齒，但是它的牙齒不是從它的下頜生長出來的——它的牙齒實際上是下頜骨的一部分，是骨質牙齒。那麼，有了下頜有什麼好處呢？第一就是進食。我們平時吃飯的時候，要吃比自己嘴巴大的東西，只要張大嘴就可以了。第二就是反抗。如果有東西要吃你，你要反抗它，你可以用嘴咬它。有句諺語叫「兔子急了還咬人呢」。第三點是競爭。誰的嘴巴進化得更好，它吃的東西就更多，在進化過程中就有優勢，就可以生存下來。第四點是交流。因為產生了下頜，才產生了聲音，才產生了語言。

第五個重要的結構，是四肢（four limbs）。四肢的產生，是和魚類登陸相伴隨的。

這個是提塔利克魚。這是魚類向陸地進軍的一個證據。它生存在距今3.7億年前，泥盆紀，發現於加拿大。和它同時代的，由水中到陸地上的魚類以及魚類到兩棲類的過渡物種，還有魚石螈和棘螈。它們都是代表了脊椎動物登上陸地。那麼，這些登上陸地的動物，它們祖先是什麼樣子，是哪種魚呢？就是這種，叫做肉鰭魚類。為什麼叫肉鰭魚類呢？因為它們跟我們平時見到的魚不一樣。它的魚鰭中有骨骼，還有肉包裹著，很有力量。