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重释生命的起源:人类是地球变动的一种“偶然”

地球大约在46亿年前诞生,此后40亿年,几乎没有什么生命,然而到了寒武纪,地球上忽然喧闹起来,生物门类和数量像氢弹爆炸般散布开来,大约持续了200万年。在距今大约5.8—5.3亿年这一段短暂的地球历史时期,动物起源和寒武纪生命大爆发究竟是怎样一个惊心动魄的过程,被列为当今自然科学十大谜题之一。昨天,为期4天的“寒武纪大爆发时期地球环境和生命过程”国际学术研讨会在我市召开,近80位国内外一流科学家会聚南京,交流研究成果,破译寒武纪生命大爆发之谜。

  全球最大的国际合作研究项目

  “寒武纪大爆发”是生物史上最重大的生物演化事件,所有现生动物门类都是由寒武纪早期就已出现的部分类群演化而来。中科院南京地质古生物研究所研究员陈均远有关“澄江动物群和寒武纪大爆发”的研究成果,去年获得了国家自然科学一等奖。

  但是,动物的共同祖先是什么样的?起源于何时?是以怎样的模式起源的?寒武纪大爆发是怎样发生的?经历了什么样的过程?为什么动物起源及随后的生命大爆发发生在地球历史中的短时间段?这一系列问题目前还没有明确的答案,因而成为生物演化领域最热门的科学命题。

  为此,由中国国家自然科学基金会和德国科学研究基金会支持,国内外13个研究所50余位各学科一流科学家联合开展了“华南地区寒武纪大爆发时期的环境和生命过程的综合研究”,其中既有古生物学家、现代生物学家,也有地质学家,包括构造、地球化学、地球物理等。该研究项目中方首席科学家、中科院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎称其为“全球最大的国际合作研究项目”。

  生物演化缘于“冰寒火热”

  经过3年的研究,该项目取得了一批高水平的研究成果。朱茂炎研究员介绍说,成果之一是确定了冰期的三个阶段以及“雪球”事件对动物演化具有重大影响等。所谓“雪球”事件,是指在距今6.1亿年到5.9亿年之前,地球生命经历大劫难,当时地球表面经历了持续长达几千万年零下30摄氏度左右的极端寒冷的环境,超低温使已经在地球上演化繁衍了几十亿年的绝大部分生物都灭绝了,只有极少数生命在海洋底部,依靠热卤泉化学能量顽强地延续下来。由于要抵抗恶劣的环境,生物基因产生变异,并不断积累这种变异。此后强大的温室效应使地球冰盖几乎在瞬间消失,并很快转为高温环境。在极冷极热的环境催化作用下,基因变异积累产生巨大的生物圈**,动物开始出现,5.8亿年前的贵州瓮安动物群化石就是这一生命复苏的产物,为展现生命多样性起源提供了弥足珍贵的科学依据,随后发生的寒武纪生物大爆发,也正是这个起源的延续。

  人类模样是由偶然性决定的

  事实上,生命演化过程并不是唯一的。在寒武纪大爆发前,生命已经开始演化。在澳大利亚埃迪卡拉生物群中,科学家就发现一种巨大的生物化石,约有几米长,这种生物有代谢过程,能够生长,但是没有器官,也不能运动,在经历了冰期以后,这种生物没能躲过“浩劫”,再也没有出现,这就是生命毁灭—复苏—大爆发进程的科学模型。“人类能够生存到现在,完全是偶然因素决定的。”朱茂炎说,如果不是因为某一类生物以顽强的生命力度过冰期演化下来,“高等智能生物可能就是另外一种模样”,朱茂炎开玩笑说,“可能就是我们虚拟的外星人的样子。”

光秃秃的死寂地球如何成为今日的一片繁荣?在动物起源的初期,地球上出现了3次类似“后天”一样的“异端”事件,目前地球上的各种生物存留只是一种“偶然”事件,如果地球化学异常事件发生的时间、其中的要素稍有变动,或许如今这个世界的主流会是大象或是某种不知名的动物,它可能像人类一样有智慧,有语言,甚至会开车。而以后地球还有可能

出现地质环境的突变,或许科幻片上的怪兽真可能是地球的主角……这些听起来似乎不可思议,但是昨日,在南京举行的寒武纪大爆发时期地球环境和生命过程的学术研讨会上,科学家们对于这样的一种生命起源的模型在理论上几乎达成了共识。

  大冰期至寒武纪:地球“后天”了三次

  生命如何起源,动物们的共同祖先究竟是什么生物?一切都在摸索,现在还是科学家们头顶上是“乌云”似的大片谜团。南京古生物研究所的研究员、首席科学家朱茂炎教授告诉记者,正因为如此,关于寒武纪大爆发时期的地球环境和生命过程的研究成为目前世界地质学上最大的研究课题。涉及13个科研院所,来自海内外的40-60名科学家都聚焦中国华南地区,而学科门类的合作也前所未有:有古生物学、地球化学、沉积学、构造学、古地磁学、物理、化学、现代生物学等各学科。

  结果在不同地点发现的化石研究支持了这样一个结论,在7.5亿年前至6亿年前地球出现了三次明显的化学异常事件,在地质层中检测出来的C12和C13的比重发生了明显偏差,这可能和电影“后天”的片断有惊人的相似。恰恰在这个时候,生命起源开始活跃、大陆板块的裂解速度加快、磁极在反复发生倒转……朱茂炎教授说,虽然这样的地球化学异常事件的原因尚未明了,但是生物圈对此发生的响应已找到了化石的证据。

  生命进化的“失败的尝试”

  在“伊迪卡拉”动物群,科学家们发现了一件令人百思不得其解的化石,化石有数米长,是个庞然大物。里面藏着的生物有代谢、有生命,然而奇怪的是它没有任何运动器官,没有任何组织结构,和现在地球上的任何动物都找不到“亲缘”关系,和植物也完全不同。这“怪胎”一样的生物到底是什么,没有科学家能够说清。

  朱茂炎说,这是一次失败的生命进化的尝试,在生命起源的初期,地球上的生命现象有各种不同的分支,像树状,它们尝试着不同方式走一条生命进化的道路,但是由于地球偶然性的变化,毁灭性事件的发生,让在这些道路上行进的生命很有可能就此灭绝,而另外一些不起眼,演化速度慢的生物反而可能错过了这些毁灭过程,生存了下来,如果此时地球生命到了一个不可逆转的进程,它们就逐渐演化成了今天的生命。

  朱教授笑着打个比方,如果时间稍稍不同,或许被灭绝的也可能是人类的祖先,那么人类就永远不可能会在地球上出现。但可以肯定,生命一定会存在。到底主流生物会是什么样子?可能是大象,也可能是四不象,它们同样都可能发展成为智能生命,有语言,懂交流,还开着汽车……生命带着这种不可预知性。

  生命:“水深火热”中产生

  因为生命的大爆发时期恰好和气候、地质突变的时间相对应,中国科技大学的郑永飞教授推断:在水火碰撞的极端条件产生的化学反应可能催化了生命的产生。朱茂炎说,在生命爆发之前,是一个大冰期时代,使得一些生命要素被“冰封”,只有在火山及热水附近才有相对活跃的生命形态,不过它们只是孤立的存在,彼此之间不存在交流,因为寒冷冰封阻碍了他们的交流。而这样的“雪球”环境,也使生物压力加大,基因产生变化,发生多种变异,但大冰期过去,地球“回暖”,这两个极端间,被压抑的生命突然复苏,生命圈爆发革命性变化。

  以前的地球变化对于生命产生过毁灭性的打击,那么这样的变化还会不会发生,朱教授说,不排除这个可能,而如果有气候变化这种极端的大冰期时代的条件,那么地球上现有的生命可能被摧毁,某些生命现象被冰封,到地球回暖之后,又会重新变异发展,到时电影里的异形人,怪兽还真有可能存在。

  科学家就这一生命进化的模型在大方向上达成了共识,但是在某些具体环节上尚有许多谜团,因为找到的化石都只是突变后的结果,中间的过程只是推断。不过朱茂炎说,我相信这样的逻辑,生命进化没有固定路线,地球的变化决定了生命的变化,现存的各种生物包括人类现在能够被保留有赖于一种偶然机会的出现。

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