约14亿年前,真菌的进化终于告一段落。当时的地球上还没有大块陆地,露出海面的陆地大约只占整个地球面积的5%,新生的大陆还躺在海面之下。平均算来,当时的海洋深度低于今天。历史见证了第一块超大陆——凯诺兰大陆——的崛起和消亡。
大约在10亿年前,巨大的陆地破水而出。度过了2亿年的萌发期之后,这些陆地终于初步构成了地球母亲的形貌。当然,那时的地球和今天完全两样。有一块名叫罗迪尼亚的超大陆随后也诞生了,然而地球进入冬眠期后,这片陆地也瓦解了。因为又1亿年之后,地球上发生了一件很不寻常的事情,这件事大大影响了生命的发展。
冰封的世界——温室效应加速了冰河期的到来
地球变冷了。
其实,冰河期并不是什么奇怪的事情。冰河期就像令人讨厌的岳母一样,时不时偷袭一下地球,颐指气使半天之后又扬长而去。据我们目前的了解,最早的冰河期大概发生在23亿年之前。严格说来,一个大冰期是由数个连续的冰河期——间冰期循环构成的。如果天气预报又声称“这一季太冷”时,你千万别生气。我们正生活在两个冰河期之间,虽然所有人都笃信“全球气候变暖”,虽然布什总统也一心一意想把冬季大衣扔进历史堆里。事实上,距今最近的冰河期大约发生在10000年到11000年以前,从地球的历史来看,几乎只是眨眼间的事,而下一轮冰河期也已迫在眉睫。至于确切时间,我们目前还不知道,根据预测,大概在5000年到15000年之后。奇怪的是,目前的温室效应实际上加快了冰河期到来的步伐。
我们还应了解的一件事情是,墨西哥湾暖流——多亏了这股暖流,欧洲人才能享受如此温暖的气候——并非在“流动”,而是受到了一个庞然大“泵”的吸引。温暖的水比冷水轻,因此暖流会在上方。流到北方后,水流的温度会发生较大幅度的下降。温暖的墨西哥湾海流渐渐冷却,流到格陵兰之前时,最终由于自己的重量而演变成了沉降流,坠落到3公里深的格陵兰盆地底部。然后这股深水海流再由此流回到南部。另一个造成水流下坠的原因是它的含盐度:含盐较大的水比淡水更重。
地球的气候变暖时,北极的冰川会开始融化,而冰川由淡水构成。融化的冰川将稀释北方海水的含盐量,这样一来,海水会变轻,无法下坠,也无法形成对流,此时,墨西哥湾暖流将不再长流不止。
抛开即将来临的冰河期不谈,经历了约6个冰河期之后,地球已经心有余悸。元古代末期的冰河期对所有生物都是一记毁灭性打击。今天,我们发现一些巨大的冰川碎石块,并将碎石称为冰碛。澳大利亚的冰碛最厚可达6公里。上世纪中期,人们在世界各地发现多块冰碛岩①。据考证,这些碎石块应来自同一时期——8亿年到6亿年前,这些发现证实了我们的猜测:当时的地球被重冰覆盖。我们还考察过其他区域的冰碛,结果令人跌破眼镜。显然,当时被冰封的并不仅仅是某些区域,而是整个地球——地球变成了一个闪闪发光、庞大无比的宇宙雪球。
刚开始时,人们或许会觉得难以置信。即便有各种科学佐证,雪球假说听起来也的确有些疯狂。我们无法想象,究竟是什么造成了如此大规模的全球冰河期。
科学计算证明,一旦南极和北极的冰块进入了纬度30°的区域,地球就会被完全冰封。因为南北极的冰块能够反射阳光,将大部分热能送回宇宙中,也就是说,被反射的阳光愈多,地球的温度就会愈低。从某一程度开始,全球冷却的趋势将无法阻挡。因此,纯白色的地球并非耸人听闻。然而如果这种假说正确——地球该怎样才能重整旗鼓呢?
学界一直在激烈争论的一个问题是:所谓的瓦兰吉尔冰期②真的冰封了整个地球吗?是否有少数地区幸免于难呢?赞成完全冰封说的科学家认为,大气中的二氧化碳完全有能力逆转局面,将完全冬眠的地球唤醒。
证据显示,当时有一些大型火山突破了冰雪盔甲,向大气层释放了大量二氧化碳。一般情况下,二氧化碳会和钙发生反应——这些钙产于风化的岩石中,然后被河流带人海洋——生成石灰,可是既然陆地已被冰雪覆盖,钙当然也不例外。于是大气层中的二氧化碳愈积愈多。几百万年后,大气的二氧化碳含量终于达到了今天的350倍,于是地球的温度开始上升,赤道附近的冰块终于开始消融,一轮新的生命循环开始了。最上方的冰面开始蒸发,由二氧化碳和水蒸气构成的外衣令地球温度骤增。冰雪退出陆地后,大量含钙的石块露了出来,与大气中过量的二氧化碳发生反应,形成巨大的石灰沉淀物,今天人们正是借助这些石灰块才能猜测当时的情况。
而反对雪球假说的人则指出,完全的冰封会扼杀一切生命。况且,那些为地球解冻的大量二氧化碳根本不可能在短时间内进入大气。这一过程需要3000万年到4000万年的时间。而等到那一天,多细胞生物早已灰飞烟灭。
人们各执一词、争论不休。拥护雪球说的人反驳道:我们还应考虑到那些首先解冻的区域产生的水蒸气,考虑这些水蒸气和二氧化碳的共同作用。这些人认为,在当时产生的温室条件下,温度在很短的时间内就已达到了50℃,这样的温度完全能够解冻地球。而有些人则怀疑水蒸气和二氧化碳对全球暖化的作用,认为甲烷才是造成碳元素增多的主要原因。
事实上,在瓦兰吉尔冰期,海洋沉淀物中的确储存了大量甲烷水合物。目前,这些甲烷水合物正在融化,在它们的作用下,地球将很快变成一个大烤箱。这一说法虽然得到了反对派的认可,但依然有人坚持认为,赤道附近应该存在一个狭长的无冰区,在这一地区中,有机生物还能继续进行光合作用。这是被大多数人所接受的一种理论。当然还有另外一种可能的情况:冰河期中,生命又回到了自己的摇篮中——海底的液态热泉。无论如何,它们在那里度过了一段不错的时光。
古生物学家伯恩德-迪特里希·埃德曼——我们在下文还要谈到他——从这种假设中得出了很诱人的结论。诚然,冰河期之后的生命获得了极大发展,光合作用展现了自己的巨大作用。真菌之所以能够活下来,完全是因为它们的粒腺体能够承受氧气。因此,第一批多细胞生物完全依赖太阳的营养才生存下来——当然,那是在无冰区。
目前已经没有人怀疑地球曾经大雪封山——不管是100%还是90%。现在的问题是“为什么”。以下为你列出了一些理论:
当时的阳光没有今天强烈,其辐照程度比现在低6%。的确没错,然而冰河期之前的太阳差不多也这样,因此一个行星绝不会在一夜之间被冻成雪球。
或者来自太空的星际尘雾横亘在太阳和地球之间,吞噬了光与热。
或者火山大举爆发,令世界陷入一片昏暗。
或者罪魁祸首是各个大陆,因为我们都知道,陆地不肯乖乖待着不动,总是动来动去。当所有的陆地都聚集在赤道时,海流无法摄取足够的热量,当罗迪尼亚超大陆崩塌时,局势才终于发生了改变。
类似的理论还有很多。有人认为是因为地轴发生了倾斜。实在无法自圆其说时,人们总会怪罪那些来自太空的超级大流氓——宇宙导弹,它的确为地球上的生命带来了不少问题和苦难。这些都自有其道理,或许正是在所有这些因素的共同作用下,地球才会被完全冰封。然而毋庸置疑的一点是,进化女神创造的孩子们非常惊险地躲过了这场灾难。如果没有真菌和光合作用,我们今天或许依然还住在黑烟囱里——这还只是最好的假设。
6亿年前,瓦兰吉尔冰期终于结束——随即而来的是一个新的时代,关于这个时代,我们直到现在依然所知甚少。
欢迎来到伊甸园——埃迪卡拉纪
在这个时代,我们又见到了老朋友——进化女神的虾兵蟹将。阳光普照在海洋上,浅水区的海底也见到了天日,生命蠢蠢欲动。看起来显然有不少生物都从冰河期中成功逃生了。古菌、细菌和真菌们揉揉眼睛,将寒冷逐出了自己的细胞膜,然后开始考虑下一步的计划。
此时,蓝绿藻的黏液已覆盖了海底,海面上则长出了毛茸茸、密麻麻的红藻。一些海生蓝绿藻在海岸找到了安家之地,建起了真正的巨型城市——叠层石,今天我们有幸还能一饱眼福,这种粗大柱状而有着波浪状分层的石灰岩逐日向上生长。这些都是蓝绿藻的殖民地,也被称为微生物层。它们还能加工阳光和浮游物,分离出碳酸盐。这些碳酸盐形成了沉积物,每一层石灰都在加高这些建筑。叠层石城市的规模日益壮大,城市的主人稳稳坐在最上方,不断进行光合作用,辛勤地生产石灰岩。
史前的城市建筑业早在35亿年前就已出现。叠层石属于地球生物构建的首批工程,而石灰之城及其建筑者更是大大提高了大气中的氧气含量。庞贝已沉入水底,总有一天威尼斯也会被水淹没,但是今天的人们依然能发现繁华的叠层石城市,譬如澳大利亚西部的鲨鱼湾。这些家伙的确懂得建筑!目前,联合国教科文组织已将鲨鱼湾列入世界自然遗产。蓝绿藻如果得知这一喜讯,肯定也会欢欣鼓舞。
瓦兰吉尔冰期之后,进化女神开始快马加鞭地工作。未来霸主的祖先已经各就各位:动物、植物和菌类。菌类早已宣布自己不再依赖真菌,然而另外两族此时还有些犹疑不定,不知道自己究竟该成为动物还是植物,或是其他什么玩意儿。
其实,人们在最近几年才划归出了埃迪卡拉纪这一地质学时代。在此之前,人们对前寒武纪最后9000万年发生的事情几乎一无所知。没有人知道是什么导致接下来的寒武纪突然生机勃勃、物种竞放。
根据正式的纪年史,寒武纪开始于距今5亿4200万年之前,随着进化女神一声令下,无数种高等有机生物仿佛凭空一跃而出,它们有脚有眼,长着钳子、甲壳、鳃、鳍、内脏,而且胃口极好,对友善的邻居们虎视眈眈。究竟是什么事件引发有机生物如此令人咋舌的出场,如此突如其来的发展?这就好像一些穿着兽皮的原始人,刚才还嘟嘟囔囔地挥着大棒在树丛中乱跑一气,下一秒突然变成刮了胡子的现代人,坐在飞机中向外招手致意,嘴里还说着一些“我思故我在”、“E=mc2”的聪明话。必然有某件事导致了这一转变,那是一个沉入历史的王国,它在单细胞和复杂的动物世界间架起桥梁,在短短几百万年的时间中,这些动物已画出了上百个蓝图。
很遗憾的是,化石并非十分可靠。坚硬的物质能够在沉积物中完美地保存下来,而柔软的物质转眼间就被打家劫舍的细菌们吃得干干净净。在寒武纪之前,多细胞动物无一不是软乎乎的家伙,当然也有一些例外情况。这些柔弱的家伙经常被掩埋起来——对于科学界而言,这无疑值得庆幸,这样我们才能了解它们软弱的一面。
事情是这样的:瓦兰吉尔冰期结束时,倾盆大雨将大量聚集的二氧化碳冲出了大气,并将各个大陆变成了一片泥泞。大型雪崩不时发生,雪块从陆地轰轰烈烈地流入大陆架的海洋中。谁要是运气不好,恰好碰上一次这样的雪崩,就会被急流带走,而且还会被密封保存,使其免受细菌和寄生物的困扰。一些甲壳纲的化石证明,这些生物在窒息之前曾尝试过从这些突如其来的雪块中逃生。惨遭掩埋的生物有些正在蜕皮,有些正在做爱,还有些正在吃饭,或在享受午后的小憩。古生物学家们都很希望找到这种高死亡率的事故地点。在闪电般的密封过程中,柔软的肌体被保存了下来,这样专家才能直接研究某种本已消失的物种。
相比之下,一般的海洋生物化石比较难保存下来。海中的家伙们虽然总是在海底度过生命的最后一刻,却很少享受到土葬的待遇。海洋板块在移动的过程中潜入了大陆板块之下,进入软流层中,在那里带着所有坟墓一同熔化,然后永远消失。海床很少与大陆边缘发生冲撞并褶曲成山,最终加入大陆的阵容——若是如此,化石数量一定非常可观。阿尔卑斯山脉和落基山脉就是这样诞生的,因此人们才能在陆地上发现很多早已消失的海洋生物的化石。
早期生物死亡高发地带之一是南澳大利亚的弗林德斯山脉,这可能是人们最不可能猜到的一个地方。早在20世纪初期,德国地质学家就全面考察了当地的埃迪卡拉山区,然而他们并没有意识到自己发现了什么。只有澳大利亚人雷金纳德·斯普里格发掘出了真正的宝库。在曾经构成了浅海区海底的沉积物中,他发现了一些不明生物留在石头上的印记。
埃迪卡拉岩层的岩石可追溯到6亿年前,也就是地球再次暖化的时候。本来斯普里格负责的是一项完全与此无关的考察任务:研究古老的铅矿。他是矿业专家,主要在一些古生物学家足迹罕至的地区工作。不过斯普里格在化石方面颇有慧眼,他发现的东西看起来像一堆小煎饼、羽毛和叶片,没有甲壳或其他坚硬的身体组织。这些化石无疑属于多细胞生物——或套用专业术语“文德阶生物③群”:海蜇、珊瑚、水母和腔肠生物,但是没有任何一个和之后时期的动物有任何相像之处。那么它们究竟是什么生物?不明飞行物?
之后的几年中,人们就这些化石的真实面目进行了激烈的争论。目前,人们在全球各地又有不少新的发现,从加拿大的纽芬兰、英国,一直到俄罗斯。这些有机物后来大多被冠上了名字。
狄更逊类拟水母长得像一个会游泳的、加热后的大型立体唱片,基本上和今天任何一种生物都不存在可比之处。查尼欧类海笔石动物呈叶片状,以一种类似郁金香根茎的足部支撑自己,固定在地面上。帽森类拟水母就像飘浮的热气球或旋转木马的顶部结构一样,能在查尼欧类海笔石动物中从容穿梭。查尼欧类海笔石动物在水中轻盈地漂流,金博拉虫在它们之间艰难地跋涉,长着一个长长的、可弯曲的象鼻,背部有柔软的甲壳,看起来神似坦克。也有些人觉得金博拉虫长得像被嚼碎的软糖,头上还顶着奇形怪状的头盔。
埃迪卡拉岩层的化石有一个很大的缺点:化石都被埋在一些粗颗粒的沉积物中,细节上不免有些缺憾,然而却能激发人们无穷的想象。比如说,Pteridinium和恰尼虫究竟是什么玩意儿,竟能长到两米长?根据其脉络状的残留物,人们猜想那是一些蕨类植物,根部如同铁饼一样扎在地面上——Pterdinium在希腊语中的含义是“盘根错节的蕨类”。无论如何,起码它们还能令人联想起什么。在这个疑云重重的时代,很多生物完全不为人所知。那些玩意儿到底是蠕虫,还是煎鱼排?还有一种在纳米比亚褐色岩石上被发现的生物,人们根本搞不清楚那到底是动物还是植物,甚或两者都不是。
德国地质学家阿道夫·塞拉赫是备受争议的人物,其对埃迪卡拉地区的动物看法独具一格。他是图灵根的古生物学教授,曾在耶鲁大学讲学,1992年还获得了瑞典皇家学会颁发的克莱福奖。
20世纪90年代末期,塞拉赫将动物的诞生时间向前推进了至少10亿年。虽然他没有否认前寒武纪中出现了软躯体动物、海绵等早期生物,但他坚信,埃迪卡拉纪中的那些光怪陆离的生物是进化女神的一场幻梦——尽是一些巨大的单细胞生物,身体扁平,心地善良。幸亏它们的体形宽大,能够从海洋中摄取养分。这些生物的身体可被分成多个蓄满水的、逐个缝接的小单位,似乎没有内外器官之分,更没有嘴巴、肠道和肛门。
塞拉赫研究这些稀奇古怪的生物愈久,就愈觉得似曾相识,直到某一天,他终于恍然大悟:原来是气垫!进化女神发明了气垫。这些生物与常见的橡胶气垫床唯一不同的地方在于,它们是活生生的生命。
毋庸置疑,甲壳纲、鱼类、禽鸟以及其他各种动物并非由气垫进化而来,而且我们也从没见过使用活塞呼吸的人类。这一点塞拉赫很明白。进化女神尝试了一些孕育生命的新途径。塞拉赫教授相信,除了菌类、植物和动物三大王国之外,史上还有一个文德阶生物群时代,正如某些自恃“永垂不朽”的物种一样,这个王国也沉入了历史的深渊。
持这一看法的塞拉赫为自己招来了不少敌人,这些人认为塞拉赫的观点宛如天方夜谭。20世纪60年代中期,人们还在埃迪卡拉岩层的化石中发现了一些骨骼状的针形生物,类似现代的海绵动物。金博拉虫显然应该是蜗牛的祖辈,只是外壳较软而已,而且完全具有被烹制成美食的天分。戏水的旋转木马则被视为水母动物的祖先,“煎鱼排”很可能是最早的蠕虫。
人们甚至还发现了最早的环节动物、节肢动物以及棘皮动物。人们还在岩石间发现了斯普里格蠕虫的化石,看起来类似一条轮胎的印记,头上还戴着一顶帽子,有人声称,斯普里格蠕虫也不过是一种环节动物。
塞拉赫则叱之为“荒唐”,他认为文德阶动物群是极为独特的生物,“此时尚无多细胞生物,因为文德阶生物群的外观太奇特了,若称它们为现代动物的祖先实在不妥,倒不如说多细胞生物是踩着这些生物的足迹成长起来的,就像后来的哺乳动物摆脱了恐龙的阴影才发展起来的一样”。而红皇后可能会说:“原地踏步者必将被淘汰。”这样看来,文德阶生物群肯定偷懒了一会儿,因此被逐出了赛场。或许是因为太心慈手软了,它们是软躯体动物嘛,也难怪。
到底谁说的有理?
我们还是来看一看早期的海洋。当时的海洋并非完全深不见底,在地球暖化的过程中,世界各地的海平面都在升高,淹没了海拔较低的海岸区域,形成了一些气候温和、广袤无垠的浅海区。这是一个真正的伊甸园,没有战争,没有喧嚣,没有人会对邻居“动口”。
吃与被吃?什么意思?什么叫自相残杀?不,气垫生物们从来没有这样的念头。它们亲密无间、随风吟唱,如果有手臂的话,它们甚至还会彼此拥抱。这些长得宛如游泳唱片般的生物们懒洋洋地沐浴在阳光里,活在田园牧歌中。它们心地善良、自由自在。活在海底的生物将自己固定在地面上,因为海底铺着一层滑溜溜的微生物“毛毯”。这些微生物只有几毫米,从沉积物中摄取养分,互不干扰。蓝绿藻、海藻和菌类共生共灭、共享食物、相亲相爱。你是否已被感动得热泪盈眶了?
美国地质学家马克·麦克梅纳明在他的《埃迪卡拉乐园》中就描述了这样的景象。他认为,当时最高等的生物均过着一种平静和谐的生活,直到约5亿4500万年前,一些强悍的武装分子终结了它们的生命。
这些乖巧的海洋生物没有嘴巴和食道,它们究竟如何生存?麦克梅纳明和塞拉赫都相信复杂的生命经历了两轮发展。麦克梅纳明猜测流动的海水中有丰富的营养物质,此外,这些微生物团体已经放弃了自己的斗篷,只用外面的皮肤来消化食物。它们通过翻卷自己的外皮来向前运动。
如果塞拉赫和麦克梅纳明的观点成立,那么埃迪卡拉纪的确是另一种生物的时代。如果它们坚持存活下来,那么今天的世界或许充满了聪慧的大型单细胞生物,而阿玛尼的时装就不再由T型台上的模特儿们穿出,上场的反而是气垫生物。其实气垫生物也有一些好处——谁要是惹了我,我就放他的气!可是话说回来,谁要是像这样大刀阔斧地改写进化史,肯定会给自己惹来麻烦。
随身带着气垫的细胞——动物的祖先
反对气垫说的人指责塞拉赫等人没有睁大眼睛好好去看。纵然软躯体动物无法在粗糙的石英岩中留下清晰的影像,但也不能凭此编造出一堆“智慧外星生物”说。这些生物明显生有触须、生殖腺、鳃、头和肠子。这些先生们应该先把眼镜擦干净,不要胡说八道,那些不是动物是什么?
非常有趣。塞拉赫或许最终只能接受这种说法:那些只是后期的生物的祖先而已。在很长一段时间内,埃迪卡拉时期的生物与寒武纪的生物拥有相同的生存环境,因此前者很有可能是环节动物、水母和珊瑚的祖先。
和埃迪卡拉生物群并肩发展的还有动物。
根据塞拉赫的考证,动物的诞生或许更早于前者。研究者们在中国南部发现了一些前寒武纪动物胚胎的陡山沱岩层,那是一些灰蓝色的微型细胞球,有些正在分裂,有些即将成长为动物的雏形。既然已有这些动物,为什么还要同时造出另外那些奇形怪状的生物呢?况且,巨型单细胞动物原本长得并不稀罕,譬如塞拉赫就曾写道:生在深海的丸壳亚纲就是今天的一种巨型单细胞生物,它长着多个细胞核,细胞骨架能让它支起半个身体。它的个头与埃迪卡拉生物群相似,并且具有塞拉赫提到的原始动物的气垫状结构。
目前,愈来愈多的人认为这种所谓的气垫生物为动物。这种说法成立与否引出了另外一个同样棘手的问题:寒武纪是否发生过一次物种大爆发?
塞拉赫最近承认,某些奇特的有机物的确有可能是海绵的祖先。然而他和麦克梅纳明依然只代表学界的少数派力量,坚信存在过另一支生命发展的脉络。而且塞拉赫还解释了为什么这些生物后来从地球上消失了,他所用的观点却恰恰是反对派的意见:这些软躯体动物被吃得一干二净。
对此麦克梅纳明感到非常遗憾:“一种智慧生命形式被扼杀了,它与今天的生命截然不同。埃迪卡拉生物群是生命的第二次实验,这种生命形式大幅提高了其他行星上有智能生物的可能性。”
他的看法或许并不正确。无论如何聪明,太过善良的人难免遭人毒手。无论如何,红皇后可不是一个善主!
2004年5月,埃迪卡拉时期被正式晋封列名地质纪年史,即6亿3000万年前到5亿4200万年前之间的前寒武纪阶段。同时,埃迪卡拉时期还标志着元古代的结束。元古代是寒武纪之前的第二个阶段,第一阶段是在25亿年前结束的太古代。至于元古代这个概念是否还有意义,尚待讨论。元古代的含义翻译过来是“动物之前的时代”,而这一说法早就站不住脚了,动物的历史早已开始。
还剩最后一个问题:如果塞拉赫描述的那些生物的确与后来的生物没有血缘关系,那么我们又回到了最初的问题——一切如何在一夜之间发生?虽然进化女神从古到今一直神通广大,但魔法好像并非她的强项。因此地质学家和古生物学家普遍认为,进化女神引爆了一个生态大炸弹,即寒武纪的物种大爆发。很多人都赞同这一观点,当然,其反对者的阵容也同样壮大。
谁知道呢?
注释
①冰碛岩(Tillite):流动冰川中沉积下来的碎石,今天我们能通过冰碛岩层研究从前的冰河期。
②瓦兰吉尔冰期:(Varanger-Eiszeit)也被称为“成冰纪”(Cryogenian),距今约8亿5000万到6亿3000万年。
③文德阶生物(Vendobionten):一种很难明确归入动物、菌类或植物范畴的生物化石。有科学家推测,地质史上的埃迪卡拉纪可能出现过进化生物的第四王国——文德阶生物,有1/4以上的生物在这一阶段进行演化,但现在这些生物早已灭绝。某些科学家相信,经过仔细研究后,这些生物可被归入已知的菌类。