在過(guò)去35億年間，地球上生物的體型經(jīng)歷過(guò)兩次從小到大的革命。這種趨勢(shì)還將延續(xù)，但或許終有極限存在
【《財(cái)經(jīng)網(wǎng)》專稿/實(shí)習(xí)記者 程晗】按照現(xiàn)有的生物進(jìn)化理論，地球上所有現(xiàn)存的生命，無(wú)論是人類本身還是像藍(lán)鯨這樣的龐然大物，都可以追溯到大約35億年之前最古老的一批原核生物——細(xì)菌就屬于原核生物的一種。
然而，這些最初微小的、不起眼的生物，是怎樣在漫長(zhǎng)的歷史歲月中，進(jìn)化到體積如此龐大的復(fù)雜生命的？還有，這種“從小到大”的進(jìn)化游戲，是否仍將繼續(xù)？
在最近出版的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上，斯坦福大學(xué)的喬納森·佩恩（Jonathan L.Payne）博士和他的同事給出了一種可能的答案：地球上生物體積的增長(zhǎng)，實(shí)際上是在兩個(gè)相對(duì)集中的歷史時(shí)期完成的；而在這兩次革命過(guò)程中，每次增加的最大值都高達(dá)上百萬(wàn)倍。
在美國(guó)國(guó)家進(jìn)化綜合中心（National Evolutionary SynthesisCenter）的資助下，佩恩和其他十個(gè)研究機(jī)構(gòu)的同事共同完成了此次調(diào)查。通過(guò)對(duì)大量的科學(xué)文獻(xiàn)和化石進(jìn)行分析，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，生命體積的擴(kuò)張并不是漸進(jìn)的過(guò)程，而是主要集中在古遠(yuǎn)古代中期（約16億年前）和古生代的早期（約五億四千萬(wàn)年前）；這兩個(gè)時(shí)期的總時(shí)長(zhǎng)，還不到整個(gè)地球生命歷史的五分之一。
氧氣革命
在生命發(fā)展的最初15億年中，地球上的棲居者主要是大量的原核生物，最典型的就是細(xì)菌。原核生物是由原核細(xì)胞組成的單細(xì)胞生物，它的細(xì)胞結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，沒(méi)有儲(chǔ)存遺傳物質(zhì)的細(xì)胞核，處于整個(gè)進(jìn)化階梯的底部。
正是由于原核細(xì)胞自身的局限性，決定了它的體積不可能很大程度的擴(kuò)張。不過(guò)，此時(shí)，變化的契機(jī)已經(jīng)正在醞釀。
在距今27億至24億年前，一種在進(jìn)化史上具有重大意義的原核生物——藍(lán)細(xì)菌（cyan bacteria）誕生了。藍(lán)細(xì)菌通過(guò)光合作用，能夠吸收二氧化碳，并釋放出氧氣。
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| 藍(lán)細(xì)菌 |
在遠(yuǎn)古時(shí)期，地球上的氧氣非常稀薄，大部分氧元素都被固定在其他物質(zhì)中，比如水和巖石。而隨著藍(lán)細(xì)菌在遠(yuǎn)古海洋中的繁盛，越來(lái)越多的氧氣被排放出來(lái)。
氧氣的逐漸增加，使得地球變得更有活力，因?yàn)楦嗟难鯕庖馕吨锟梢酝ㄟ^(guò)氧化過(guò)程獲得更多的能量。正是在這種有利條件下，約16億年前，真核細(xì)胞出現(xiàn)了，真核生物登上了歷史舞臺(tái)。
真核生物雖然仍然是單細(xì)胞生命體，但與原核生物不同的是，在氧氣的輔佐下，它已經(jīng)進(jìn)化出了更加復(fù)雜和完善的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。比如，真核細(xì)胞已經(jīng)具有由染色體、核仁、核液等構(gòu)成的細(xì)胞核，細(xì)胞內(nèi)部也逐步分化出了各種機(jī)能。
這種細(xì)胞結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，直接導(dǎo)致了生物體積的變化。在大約兩億年的時(shí)間內(nèi)，真核生物從肉眼不可見(jiàn)的尺寸，一躍而進(jìn)化成一角硬幣大小。
事實(shí)證明，由原核細(xì)胞向真核細(xì)胞的進(jìn)化，是生命體積第一次革命的關(guān)鍵。
“化石記錄清楚地告訴我們”，佩恩博士解釋說(shuō)，“原核細(xì)胞不太可能發(fā)生體積上的劇變。因?yàn)榧词沟搅私裉?，原核生物也還是像以前一樣的微小。”
多細(xì)胞繁榮
此后，地球上的生命又以單細(xì)胞的形式靜靜地度過(guò)了十億年。直到距今約五億四千萬(wàn)年前，隨著大氣層中的氧氣濃度又一次提高，生命體積的擴(kuò)大才迎來(lái)了第二個(gè)春天。
雖然迄今為止，這次氧氣含量增加的原因尚不明確，但這一現(xiàn)象，極有可能為大型多細(xì)胞生物的產(chǎn)生提供了先決條件。
這是因?yàn)?，多?xì)胞生物在新陳代謝的過(guò)程中，需要吸收周遭的氧氣以獲取能量。而這一時(shí)期氧氣相對(duì)充足的環(huán)境，正好能夠支持更多數(shù)量細(xì)胞的存活，從而促進(jìn)了體積龐大的多細(xì)胞生物的出現(xiàn)。
此時(shí)的地球正在步入寒武紀(jì)——地質(zhì)年代中古生代的第一紀(jì)。在地球生物演化史上演新的一幕時(shí)，短短數(shù)百萬(wàn)年時(shí)間里，包括現(xiàn)生動(dòng)物幾乎所有類群祖先在內(nèi)的大量多細(xì)胞生物突然出現(xiàn)，這一爆發(fā)式的生物演化事件被稱為“寒武紀(jì)生命大爆炸”（Cambrianexplosion）。帶殼、具骨骼的海洋無(wú)脊椎動(dòng)物趨向繁榮，它們?cè)诤Ｑ笾袟⑸?，以微小的海藻和有機(jī)質(zhì)顆粒為食物。其中，最繁盛的是節(jié)肢動(dòng)物三葉蟲(chóng)，故寒武紀(jì)又稱為“三葉蟲(chóng)時(shí)代”。
這些種類繁多的多細(xì)胞生物，在接下來(lái)的一億年中，逐漸進(jìn)化成體積越來(lái)越驚人的個(gè)體。而其中最為龐大的一支，莫過(guò)于奧陶紀(jì)的海中霸王——巨大的頭足類動(dòng)物，包括鸚鵡螺、角石和菊石等。
奧陶紀(jì)是緊接寒武紀(jì)之后古生代的第二個(gè)紀(jì)元。在這一時(shí)期廣袤的海洋里，三葉蟲(chóng)依然平靜地生活著，然而它的霸主地位已經(jīng)完全讓給了大而兇猛的頭足類動(dòng)物：當(dāng)兇猛的鸚鵡螺向它進(jìn)攻時(shí)，它所能做的就是迅速把身體蜷起來(lái)，然后沉入海底。
古生物學(xué)家曾在奧陶紀(jì)的地層中，發(fā)現(xiàn)過(guò)長(zhǎng)達(dá)11米的鸚鵡螺。在奧地利的戈納盆地，人們也挖掘出直徑超過(guò)兩米的菊石，其尺寸完全可以媲美一張成年人睡的大床。
這些巨型的多細(xì)胞生物與真核生物相比，體積又?jǐn)U大了不下百萬(wàn)倍。而所花費(fèi)的時(shí)間，卻還不到第一次體積飛躍的一半。而我們今天所看到的整個(gè)體積多變的現(xiàn)代生物世界，也都是這次大爆發(fā)的“遺產(chǎn)”。
還有第三次嗎？
一個(gè)問(wèn)題是：在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，地球上會(huì)不會(huì)出現(xiàn)第三次的體積飛躍呢？
中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所的鄧濤博士告訴《財(cái)經(jīng)》記者，自有脊椎動(dòng)物出現(xiàn)以后，生物體積的增長(zhǎng)已經(jīng)趨于平緩了。
當(dāng)然，他補(bǔ)充說(shuō)，從進(jìn)化的規(guī)律來(lái)看，生物的體積總體上是一直在增大的，并且還將保持這一趨勢(shì)。
這主要是由于個(gè)大的物種通常壽命較長(zhǎng)。例如，老鼠一般只能存活一至兩年，而大象的平均壽命則可以達(dá)到幾十年。較長(zhǎng)的生存時(shí)間也在客觀上增加了生物的繁殖機(jī)會(huì)，從而有利于種族的延續(xù)。
此外，“身大力不虧”幾乎是自然界的普適性原理。從生存競(jìng)爭(zhēng)的角度看，一種生物的體型越壯碩，比它小的食肉動(dòng)物就越難威脅到它的性命，這也是變得龐大的好處。
不過(guò)，鄧濤博士也強(qiáng)調(diào)，生物體積的增大，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生不利的影響。因?yàn)榇篌w積生物對(duì)于食物量的需求更大。因此，對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)性較弱。
在生物史上，也不乏“逆向發(fā)展”的種族。比如說(shuō)鳥(niǎo)類，鳥(niǎo)類祖先始祖鳥(niǎo)約有半米多長(zhǎng)，其體型比現(xiàn)代鳥(niǎo)類要大出好幾碼。
佩恩博士也指出，盡管第三次的飛躍在理論上來(lái)說(shuō)是可行的，但是就地球目前的空間和資源狀況來(lái)看，或許已經(jīng)沒(méi)有更多的余地容納體型更為巨大的生命。
從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，地球的大小已經(jīng)決定了生物體積的極限。更何況，人類這個(gè)“二次革命”的遺產(chǎn)，還在急劇地壓縮著其他物種的生存空間和資源。■
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