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51经历过五次物种大灭绝的地球,到底失去了多少物种

2018年7月5日  来源:宇宙自然生命简史 作者:汪诘 提供人:beibeicao0......

这是我改编、重译自《万物简史》,重新翻译,修订错误,新增知识点,去除冗余。

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宇宙简史:51 经历过五次物种大灭绝的地球,到底失去了多少物种

古生物学界将陆地上出现生命以来的地质史,划分为四个阶段,有时也称为“四大王朝”。每一次王朝的更替就是一次物种大灭绝,期惨烈程度超乎你的想象。

第一阶段的生物由行动迟缓、体形笨重的原始两栖动物和爬行动物组成。这一时期最著名的动物是异齿龙,它是一种背部长着帆一样结构的生物,但其实并属于恐龙。不过,人们常常搞错,有一些插图就经常会把异齿龙当做是恐龙。异齿龙实际上属于下孔亚纲动物,从某种意义上说,我们曾经也是。早期的爬行动物主要分为四大类:下孔亚纲、调孔亚纲、缺孔亚纲和双孔亚纲。这些名称是根据它们颅骨侧边上小孔的数目和位置来取的。下孔亚纲表示在它们的颞颥(nie4 ru2)处有一个孔;双孔亚纲就是2个;调孔亚纲也是一个,但位置高一点。

这四个主要的类别下面又分为更多的子类,有些子类繁荣起来,有些则衰落下去。缺孔亚纲产生了鳖,它们曾经一度快要处于主宰地位,成为地球上最高级、最厉害的物种。虽然听上去有点儿搞笑,但却是真的。只是由于它们进化得太慢了,所以生存了很久,但没有成为统治者。下孔亚纲又分为四支,只有其中的一支活过了二叠纪。我们很幸运地属于这一分支,后来进化为了一个原始的哺乳动物家族,叫兽孔目爬行动物。这类动物形成了“第二大王朝”。

但是,兽孔目爬行动物却不太走运,因为它们的表亲双孔亚纲繁殖力也很强,其中一些进化成了恐龙。渐渐地,兽孔目爬行动物不再是恐龙的对手了。在面对面的竞争中,恐龙这种新型的凶猛动物占据了绝对的上风。兽孔目爬行动物,大多数都从化石记录中消失了,只有很少的一些进化成了一种小小的、毛茸茸的穴居小动物。作为幸存下来的小型哺乳动物,它们在长久地等待时机。它们之中最大的也不比现在的猫大,大多数比老鼠还小。但是,最后这竟成了它们幸存的原因。但是它们还得耐心地等待1.5亿年,直到第三大王朝的恐龙突然迎来末日。这就为第四大王朝,也就是属于我们的哺乳动物时代让开了一条道。

每一次大王朝的更替,以及期间众多的小更替,都依赖于一种重要但又听上去矛盾的动力,那就是:物种灭绝。这是一件相当有意思的事实。我是想告诉你,在地球上,物种灭绝是生命的必由之路。没人知道自生命诞生以来,一共产生过多少物种,50亿种是最常见的一个数字,但也有人认为高达一万亿种。不管这个数字是多少,有一点可以肯定,其中的 99% 已经不再陪伴我们了。芝加哥大学的劳普(David Raup)喜欢这么说,“近似地来说,所有的动物都已经灭绝了。”对于复杂生命而言,一种哺乳动物的平均生存期只有 100万年,这差不多是人类已存在时间的1/3 - 1/4

当然,灭绝对于受害者来说是坏消息。但对于一颗有活力的行星来说,却是好消息。用美国自然历史博物馆的塔特萨尔(Ian Tattersall)的话来说,“与灭绝相对的是停滞。在任何领域,停滞总不是一件好事。”但是这句话千万不能被歪解,这里所指的灭绝是自然的长期过程,由于人类活动导致的物种突然灭绝是另外一回事儿。

在地球的历史上,大灾难之后总是伴随着戏剧性的生物大跃进。紧接着埃迪卡拉生物群的没落,就是寒武纪创造性的爆发期。4.4亿年前的奥陶纪大灭绝清光了海洋中大量不会移动、而靠过滤进食的生物。这就为游动快速的鱼类和大型水生爬行动物创造了有利条件。这些动物随之占据了统治地位。但是到了泥盆纪,灾难再次降临,水里的生物们又一次遭受重创,于是它们派出了殖民者登上了干燥的陆地。在生命史上,这样的事情不时地发生。如果大多数类似的事件没有刚好在那时那地发生,那几乎可以肯定,现在不会有你我出现。

在地质史上,曾经发生过5次大的灭绝事件。它们依次是奥陶纪、泥盆纪、二叠纪、三叠纪和白垩纪大灭绝。此外,还有不少小的灭绝事件。其中4.4亿年前的奥陶纪毁灭了当时海洋中60%的物种,3.65亿年前的泥盆纪则毁灭了当时海洋中70%的物种。而2.1亿年前的三叠纪灭绝了当时 76% 的海洋和陆地物种,五分之一的生物科彻底消失。6500万年前白垩纪则毁灭了当时地球上 80% 的物种。但这些与2.5亿年前的二叠纪大灭绝相比,又是小巫见大巫了。在那次事件中,至少有 96% 的海洋物种和 70% 的陆地物种在化石记录中消失了,再也没有回来。但二叠纪大灭绝却为漫长的恐龙时代拉开了序幕。在那次大灭绝中,连昆虫都没能幸免,57% 的科、83% 的属消失了,这是它们唯一损失惨重的一次。这也是我们人类的祖先非常接近彻底毁灭的一次。

二叠纪大灭绝规模空前,地球之前从未遭受过如此程度的大屠杀。尤其是海洋生物惨遭蹂躏,三叶虫完全消失。蛤蜊和海胆也几乎灭光。实际上,所有的海洋生物都受到了冲击。据认为,总的来说,陆地和海洋中的生物全加起来,地球大约损失了将近 57%的海洋生物“科”和近 70%的陆地生物“科”。这在生命的大分级表中,高于“属”,低于“目”。物种的总量要恢复需要一个极为漫长的时间,有人估计大约需要 1000万年才行。

当然,所有这些比例都是一种推测,古生物学能够寻找到的证据往往比较少,因此古生物学的结论与其他自然科学相比,可靠性会差一些。虽然,生命惨遭屠杀,但是从绝对数量上来说,生物还是不少。根据最新的数据,地球上现在共有 870 万个动物种类,其中陆地上有 650 万种,海洋里有 220 万种。这 870 万种动物几乎全部来自二叠纪幸存下来的物种。你可以想象一下二叠纪灭绝前地球上呈现的是多么丰富多彩的生命形态。注意,刚才我所说的这些数字都是指物种的数量,而不是指具体的个体数量。如果要算具体个体的死亡率,那可能还要更高。能幸存并进入下一个阶段物种就跟中了彩票差不多,它们的延续多亏了那么几个受到惊吓、奄奄一息的幸存者。

在每次大的灭绝事件之间,还有一些不是那么著名的小型灭绝事件。它们是亨菲利世事件、弗拉尼世事件、法门尼世事件、兰乔拉布里世事件,和许多别的事件。它们对物种总量的破坏虽然不大,但是对某一个具体物种的种群数量却是沉重打击。5亿年之前的亨菲利世事件,几乎灭光了所有的食草动物,包括马。马就剩下了一个单一的种类,零星出现在化石记录中,表明它们一度处于灭绝的边缘。想象一下,如果人类的历史没有了马,没有了食草动物,会是怎么样。

几乎每一次灭绝事件,不论是大的还是小的,我们对原因都不太清楚。关于这方面的理论多如牛毛,即使去掉那些明显不靠谱的观点,有关灭绝原因的理论数量也要比灭绝事件的数量还多。至少有20多个罪犯被认为是灭绝元凶或者是主要帮凶,包括全球变暖、全球变冷、海平面变化、海水氧含量骤减、传染病、海床甲烷气大量泄出、小行星撞击、超级飓风、巨型火山喷发,以及灾难性的太阳耀斑爆发等。

太阳耀斑爆发是特别有意思的一种可能性。太阳耀斑爆发能达到多大的一个规模,这个问题尚无人能回答,因为我们只有在进入了太空时代后,才开始对太阳进行长期细致的观测,这个时间很短。太阳就像是一台超大规模的发动机,它能掀起的风暴是极为巨大的。一次典型的太阳耀斑,我们在地球上甚至都察觉不到,但它释放出来的能量却相当于10亿颗氢弹同时爆炸,抛出1000亿吨要命的高能粒子。地球幸亏有磁层和大气层的保护,这些高能粒子通常会被弹回去,或是被引向地球的两极,形成美丽的极光。但是,据认为,如果发生一次不同寻常的爆发,比如说强度提高了100倍。那么,地球的这一层脆弱的防御根本抵挡不住。届时,那将是一道无比绚丽的死光,大部分曝露在这道光芒之下的生命都会丧命。而且,更加让人心惊的是,根据美国喷气推进实验室的楚鲁塔尼(Bruce Tsurutani)的说法,“这种事件不会在历史上留下什么痕迹。”他的意思是,我们很难判断这种事情到底在历史上有没有发生过。

以上这一切留给我们的印象,就是“海量的猜测,微量的证据。”有三次大型的灭绝事件似乎与全球变冷有关,它们是奥陶纪、泥盆纪和二叠纪灭绝事件。但关于更进一步的细节,就基本上没有共识了,包括它们发生的是快还是慢。就拿泥盆纪大灭绝来说,这次事件的跨度是几千年呢,还是上百万年,甚至是仅仅是一瞬间的事,科学家们争论不休。不过,我们唯一能确认的是,那次灭绝事件之后,脊椎动物登上了陆地。

关于大灭绝的原因,之所以非常难提出令人信服的解释,其中有一个原因是,要想大规模毁灭生命其实是非常困难的。正如我们从曼森撞击事件中所观察到的,即便是在如此严重的爆炸之后,生命也可以完全恢复回来,当然这个假定还不是十分的确凿。因此,为什么在地球所遭受的数以千计的撞击中,单单是那次6500万年前的KT撞击干掉了所有的恐龙呢?当然,首先我们承认那次撞击绝对是够猛的,撞击力达到了空前的1亿亿吨。引起的爆炸威力是难以想象的,打个比方,现在,我们让地球上每一个活着的人丢一颗广岛原子弹级的核弹,产生的能量差不多就和 KT 撞击相当。即便如此,依然有 20%以上的物种幸存了下来。

实际上,我们与其追问“到底是什么原因灭光了当时地球上80%的物种?”不如思考:“剩下的20%是怎么幸存下来的?”为什么那次事件对每一只恐龙都是灭顶之灾,但是其他一些爬行动物,比如蛇和鳄鱼,却能逃过一劫呢?我们更加无法回答的是,蟾蜍、蝾螈和其他的一些生活在北美洲的物种为什么没有灭绝。弗兰纳里(Tim Flannery)在他那本精彩的讲述史前美洲的书《永久的边疆》(Eternal Frontier)中发出了这样的疑问:“为什么这些纤弱的动物能从这场空前的灾难中幸存呢?”

同样的事情也发生在海洋中。所有的菊石都消失了,但是与它们有着差不多生活方式的鹦鹉螺目软体动物,却依旧繁荣。而在浮游生物中,有些种类几乎死光。比如,有孔虫损失了92%的数量。但是其他一些像硅藻这样的体形相似、又与有孔虫一起生活的物种却幸免于难。

这些现象都有着非常难以解释的矛盾之处。正如福泰所说,“仅仅用‘幸运儿’来解释这一切似乎太牵强了。”如果在事件发生后的数日之中,整个世界满是又黑又呛的烟雾,那么很难解释众多昆虫是怎么活过来的。福泰指出,“像甲虫这样的昆虫,能依赖木头或周围其他一些东西而生存,这还说得过去。但是那些像蜜蜂那样的昆虫,需要阳光和花粉,它们是怎么活下来的呢?这很难解释。”

尤其不好解释的是珊瑚。它们的生存离不开海藻,而海藻又离不开阳光。珊瑚和海藻又共同需要一个极为稳定的温度环境。过去几年中,经常有一些公开报道说某地方的珊瑚大量死亡,仅仅是由于海水的温度变化了那么一两度而已。如果它们对温度的变化是如此的敏感,那么它们又是如何熬过撞击之后的漫长冬季的呢?

还有很多区域性的差异难以解释。生物灭绝的严重程度似乎北半球要比南半球厉害得多。尤其是新西兰,显然并没有受到很大的损伤。连那里的植物都大部分幸免于难,虽然别的地方发生的大火的规模表明这场灾难是全球性的。总之,我们有太多的事情没搞明白。

在白垩纪大灭绝后,有些动物再次繁盛起来,包括鳖,这让人感到有点吃惊。弗兰纳里认为,恐龙灭绝之后,很快就又足以称之为鳖时代了。光是在北美洲,就有16个品种幸存下来,并很快又出现了3个新品种。

很明显,在撞击事件中,生活在水里会好一些儿。KT撞击事件消灭了大约90%的陆生物种,但生活在淡水中的物种却幸存下来了90%。显然,水能起到防火防热的作用,并且很可能在此后的萧条岁月中为生命提供了给养。而那些幸存下来的陆地生物也都有一项习性,就是当危险来临的时候,它们能躲到水中或钻入地下。地洞也能起到很好的防护作用。那些惯于四处觅食的动物也享受到了这个习性的好处。比如蜥蜴,它们直到今天也几乎不受腐烂动物尸体中的细菌的侵害。实际上,它们常常还能利用这些细菌。KT事件之后,很明显在很长的一段时期中,环境中满是腐烂的动物尸体。

有一个错误的见解常常出现,那就是认为KT事件中幸存的动物都只是一些小型动物。事实上,在幸存的动物中还有鳄鱼,虽然算不上很大,但当时它们的体形是今天的三倍。不过,总体来说,幸存下来的动物确实都是一些鬼鬼祟祟的小动物。在那样一个整日昏天黑地的严苟时期,有一群体型很小的恒温动物,它们天生谨慎胆小,惯于昼伏夜出,见什么吃什么,正是这些出众的品质让它们活了下来。而它们正是我们人类这支哺乳动物的祖先。如果,当时它们进化得更高级一点,那么很可能就会被灭光,也许就不会有今天的我们了。

你已经看到,地球生命是如此的坎坷,却又如此的顽强。这又让我想起尼采的那句名言,那些没有消灭我们的东西,使我们变得更强大。科学有故事,咱们下期接着聊生命的征程。

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