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皖北上寒武统凤山阶一完整三叶虫化石: 热度 5 Carboniferous 2012-2-29 22:37; 寒武系地层在皖北宿县、淮北、萧县一带广泛分布，尤其是上寒武统地层出露较好，其中含有丰富的三叶虫化石。 2008 年初，刚刚对化石有所认识的我回到家乡后，便拿着锤子到山上敲化石去了。非常幸运，第一次就让我这个新手敲到了几块三叶虫尾甲化石，发现化石的喜悦让我渐渐对寻找化石产生了兴趣，之后的假期，只要一有时间我就继续到山上找化石，当然也找到了不少的三叶虫化石，然而都是三叶虫的一部分，要么是尾甲，要么就是头甲或活动颊，没有发现一块完整的三叶虫化石，这不免让人感到一点遗憾。直到一天下午，我有像往常一样来到了山上，拿着锤子对着石头“碰碰”地敲，一个下午下来，敲到的全是三叶虫的头盖或尾甲化石，还是没有发现完整的。太阳已经开始落山了，我拿出报纸把化石包好准备回家。包好化石后，我用锤子对身边的一块岩石随手敲了一下，岩石的一个角被敲落了，里面凸出来一个近半圆形的光滑的东西，没错，是三叶虫头甲化石！之前已经找到过很多。可是再仔细一看，在头甲的左下角露出了一小部分胸节，这是之前没有遇到过的，“会不会是完整的？”我当时想。于是，我把这块带有三叶虫化石的岩石敲成巴掌大小，然后用报纸包好背回了家。图 1 完整的 Tsinania （济南虫）化石安徽省萧县上寒武统凤山阶回到家后经过几天的修理，果然是一只完整的三叶虫化石。后来通过查资料得知这一三叶虫叫济南虫，是华北地区上寒武统凤山阶下部的常见化石。这只完整的济南虫化石是采自安徽萧县刘村上寒武统凤山阶下部的泥质灰岩中，虫体呈椭圆形，长约 38mm ，宽约 27mm ，表面光滑；头甲近半圆形，约占虫体总长度的 3/8 ，胸甲的长度仅为虫体长度的 1/4 ；头盖近方形，头盖前缘浑圆，面线直，头鞍、鞍沟不明显；后侧翼短小；活动颊小，无颊刺，颊角 60 °左右；胸甲由 8 节胸节组成，肋沟窄而浅；尾甲长宽近等，中轴不明显，外壳破裂时中轴及肋节分节模糊。由于济南虫在华北地区上寒武统凤山阶下部广泛分布而且层位稳定，因此同褶盾虫一起共同构成了凤山阶的第一个化石带，即 Ptychaspis-Tsinania 化石带，对地层的划分、对比有很大帮助。像今天的很多昆虫一样，三叶虫在生长过程中也要脱壳，它们的壳也会形成化石，这也是三叶虫化石如此丰富的一个主要原因。但是，三叶虫脱的壳常常会被水流冲散，常以头甲、胸节、尾甲分开的形式保存，同时头甲往往又会被分成活动颊和头盖来保存；而且三叶虫死亡后，它们的软体部分会腐烂掉，背甲也很容易被水流冲散。因此，要采到完整的三叶虫化石很不容易。图 2 三叶虫背甲构造模式图（据卢衍豪， 1963 ；简化）皖北地区上寒武统的主要岩性是鲕状灰岩、竹叶状灰岩及泥质灰岩，代表了一种高能的滨浅海沉积环境，由于水动力较强，绝大部分生物死亡后，它们的尸体或外壳都会受到水流的冲击、搬运，很难完整地形成化石保存下来。整个华北地区晚寒武世的主体环境也是这种高能的滨浅海相沉积，化石丰富，但完整保存下来的却很少，至今在华北地区上寒武统地层中发现的完整三叶虫化石数量仍然很少。由于受到三叶虫化石自身的保存条件以及这一地区沉积环境等方面的限制，因此本文记述的这一完整的济南虫化石便更显得珍贵了。完整的三叶虫化石有什么意义呢？对于普通的化石爱好者来说，它们有很高的收藏价值，由于完整的三叶虫化石较罕见而且非常漂亮，因此会受到收藏者们的追捧。像国外一些精美的完整三叶虫化石常常成为化石爱好者们收藏的对象，国内的完整三叶虫化石也常常会受到化石爱好者们的青睐。对于科学研究来说，如果找到了完整的三叶虫化石，我们就会了解这一类三叶虫的整体形态及胸节的数目，这对研究三叶虫的系统分类及演化都有很大帮助。另外，至今仍有大量的三叶虫没有发现过完整的化石，仅仅是背甲的一部分，像头盖、尾甲、活动颊等。这样，古生物学者们在给三叶虫定种时难免会发生“张冠李戴”的现象，例如将 A 种三叶虫的尾甲定为 B 种的，而将 B 种的尾甲又定为 C 种的。在给三叶虫定种时通常是根据头甲（头盖）的特征来定，但有些三叶虫由于没有发现头甲，一些学者便根据尾甲将其定为新种。然而这些尾甲很有可能就是已知种的尾甲（因为很多已知种仅有头甲而没有尾甲），这便出现了“同物异名”的现象，违反了古生物学的命名法则。假如能够找到这些完整的三叶虫化石，便可避免这两种情况的出现，从而对地层的划分、对比有很大意义。我国华北地区上寒武统地层出露广泛，所含化石丰富，相信会有越来越多的完整三叶虫化石被人们发现！ ----原文刊于《化石》杂志，2010年第3期。 http://oldweb.cqvip.com/qk/94112X/201003/34873648.html; 个人分类: 科普短文|7471 次阅读|9 个评论

我也谈进化论的误区--时间尺度: 热度 1 smallland 2011-1-4 21:20; 因为普通民众不掌握某些常识，常常使伪科普深入人心成为可能，物种大爆炸就是一例。曾看过寒武纪物种大爆炸动摇进化论的说法，听起来头头是道。既然物种能大规模突然爆发，就说明进化论是不成立的。物种是怎么爆炸的？有的人就可能想象，前一天还是这里黎明静悄悄，第二天一睁眼，哇，漫山遍野都是咆哮的稀奇古怪的生物。那么，寒武纪是个什么概念？所谓的寒武纪物种大爆炸发生在多长的时间段？可以肯定的是，那绝不是100年或10万年，而是更长的时间。不明真相（泛滥的词汇）的人可不管这些，只要听到爆炸，就感到震撼。一些别有用心（也是泛滥的词汇）的人正好断章取义掐头去尾，作为撼动进化论的工具。如果地球环境发生突然变化，如果突然变得更适合生物生存，在短时间内（譬如100万年）进化出大量新物种是完全可能的。其实，这样的大爆炸正是生物进化论的证据。如果地球环境剧变而物种没有什么变化，那才是否定进化论的借口。至于准确的时间尺度，达尔文当时也遇到地质年代的困惑，后来证明那时的测定技术有问题。总之，物种灭绝可能很突然，而进化却不可能真的突然。这很容易理解吧，养一头猪再催肥总要几个月，杀一头猪却是瞬间的事。不管后来多少人从多少方面发展和修正了进化论，进化其实是一种事实。生物总是靠一代一代繁殖出来的，而这个繁殖过程就是进化。我见过神创论者写的小册子，也拿寒武纪生物大爆发作为否定进化论的武器。这显然得不偿失：即使能因此证明进化论是错误的，又怎能证明上帝创造万物正好发生在寒武纪呢？他们反复说明进化论的证据不足，上帝造人又有什么科学证据呢？; 个人分类: 未分类|3672 次阅读|5 个评论

关于寒武纪物种大爆炸之谜的思考: xiaobenji 2010-4-26 16:06; 关于寒武纪物种大爆炸之谜的思考我认为关于造成物种突然增多的原因可以从内因和外因两个方面来分析。内因：要生成新的物种，必须以新的基因型的产生为基础，所以只有先构建一个足够数量的基因库，才能在短时间内产生大量的物种。我认为基因库主要来源于两个途径：一是，在生命诞生时就已经具备了一个的基因库，当时的物种虽然很少但是其中含有大量的不能表达的非必需基因。这些非必需基因虽然不能表达，但是能够被复制流传，它们要等到环境条件适合它们的时候才能表达出来从而使携带它们的生物变成一个完全不同的物种。二是，生命诞生以后，由于各种条件导致的基因突变，以及病毒的协助，经过漫长的进化过程，在寒武纪初物种达到了一定的数量。这一定数量的物种中已经具备了产生大量物种的基因库，在适宜的环境下，它们通过种内和种间杂交，以及病毒的帮助，从而造就了大量的新物种。我认为这两种途径都是存在的。要证明我的观点，需要寻找寒武纪及寒武纪以前的能完整保存基因的生物化石，分析其基因中是否含有现代生物的基因型。外因：环境的变化触发了大量物种的诞生。环境造就生命，生命改变环境。随着生命在地球上的繁衍生息，特别是植物的发展和进化，地球的环境在悄悄的发生着改变。植物的光合作用改变了大气的含氧量；植物覆盖了裸露的地面，改变了地球对阳光的反射率，从而改变了大气的温度；总之地球的环境因生命而改变。环境改变了，生活在其中的生命当然也会发生相应的改变，生命本身就是环境造就的。随着生命与环境的相互影响，相互作用，在寒武纪的时候环境达到了一个状态。在这种状态下生命发生了一种奇怪的变化，某（些）种以前无法表达的基因在这种环境下突然的激活了，它（们）的表达又激活了更多的基因，生物的种类突然的繁盛起来。当然这种基因也有可能是寒武纪的时候突变生成而表达的，但是突变是个别的很难在大量生物中同时发生，所以我认为这（些）种基因在生命诞生之初就已经潜藏在生命之中了。如果以时间和环境变化为横坐标，以生物种类为纵坐标，那么物种随时间的变化曲线就是 S 型，寒武纪就是这条曲线的折点。要证明这一点，寻找出关键的基因，需要通过模拟生命诞生以后地球环境的变化，研究生命的各种基因在其中的表达情况，特别是要模拟寒武纪前后环境的变化。这需要我们对当时环境比较准确的把握。以上这些仅仅是凭我掌握的一些知识所做的推断，有很多东西是异想天开的。; 个人分类: 异想天开|1104 次阅读|0 个评论

[新生]寒武纪：生命大爆炸: songshuhui 2010-3-19 22:58; Ent 发表于 2010-03-18 17:53 蝴蝶的玫瑰可能依然留在几亿年前的寒武纪怕镜花水月终于来不及去相遇林夕作词、王菲演唱的这首《寒武纪》或许让很多人熟悉了这个奇怪的名词。在歌曲中，它以寒武纪后生生物的诞生寓指爱情的诞生，但是现实中的寒武纪浪漫更加多彩多细胞生物大量起源，生物多样性剧增，奠定现今几乎所有动物的形态构架，堪称生命大爆炸。新生，从这里开始。图1 寒武纪生命的艺术复原图，比阿凡达诡异多了~ 【生命的起源，以及问题的起源】 19世纪的地质学家们在石头中摸索了很久，终于为大地建立起一套时间尺标。而后，他们发现，生命在这把尺子上，似乎有一个开端。牧师/地质学家/饕餮之徒威廉巴克兰（此公曾任威斯敏斯特教区长，发现并描述了第一头恐龙化石，家中不但摆满了矿石和标本，还养着来自世界各地的奇异动物以供自己享用和款待宾客）于1836年提出，动物化石记录在地层中并非一直存在。后来，随着古生代地层体系在一片争吵声中逐渐建立起来，大家意识到，寒武系地层(1)似乎是生命活动的一个截然的底界；更靠下、也就是更古老的地层中，突然就变成了一片沉寂。为什么？是因为工作还不够，更早的化石尚未被发现？是因为最早的生物难以保存为化石？还是说，在寒武纪之前，地球根本就是没多少生命的沉寂荒原？达尔文坚定地相信第一种解释。在《物种起源》中，他多次强调：世界上大部分地区还没有开展过地质勘探，而新地质发现将生物的首现时代大大提前的情况，已经屡见不鲜虽然这些提前没有一个是提到寒武纪以前的。生命的突然出现倒是不与自然选择矛盾本来自然选择就不管生命起源的问题；但是达尔文深受莱伊尔的影响，否认自然界的任何突变。这种突发的大爆炸，在他看来一定是假象。然而地质学和古生物学的发展并未如达尔文所料。远征考察接二连三，基础研究突飞猛进，而寒武纪的突然性却随着化石的增加而愈发明显，愈发引人注目。确实，生命的起源年限不断上移，而今已经抵达三十八亿年前；但是那些全都是单细胞生命，而多细胞生物似乎却顽固地止步于五亿多年前的寒武纪早期附近。当然，争议的声音也不是没有：譬如1899年，古生物学家查理沃科特(Charles Walcott)在蒙大拿前寒武地层中发现一些垂直的管道，看起来很像蠕虫钻出来的；但是这些虫子本身并没有留下任何化石，因而也无法排除非生物作用形成的可能性。何况，比起寒武纪化石而言，这种例子也太少了。图2 沃科特发现的遗迹学名叫做Planolite，此图是别处发现的同类遗迹。现在学界倾向于认为这玩意确实是生物扰动所致，但是仍然不敢下最后的定论。及至二十世纪初，全球寒武系地层已经相互连成一片，几乎全都指向一个结论：多细胞动物化石好像是在寒武系地层里突然出现一般不过在地质历史上，突然二字对应的时间可不是指上帝六天创造万物，而是几百万年。不过，比起时间坐标的突兀，更令人惊叹的却是另外一点：除了一种叫做苔藓动物的奇特生物之外(和植物中的苔藓没有联系，但长得有点像)，几乎所有的重大生物类群全在寒武纪出现了。这一集体亮相让进化论原理之一共同祖先理论有点尴尬：如果说所有生物都有共同祖先，那么这么多身体构造大不相同的生物怎么会集中在这么短的时间里出现呢？理论上倒不是不可能，但是实在过于特殊了。因此很多人怀疑，这种突然性不过是化石保存的问题：之前的生物并不比寒武纪少很多，只不过由于缺乏硬骨骼等原因，没能保存为化石。【克劳德的挑战：寒武纪大爆发】这时普雷斯通克劳德(Preston Cloud)出场了。虽然不能说他发明了寒武纪大爆发这个概念，但他确实是第一个严肃考虑此可能的人。在1948年的一篇文章里，他指出，我们看到的突然爆发可能并非假象，而恰恰反映了寒武纪时的一次重大演化革命。换言之，在寒武纪可能发生了快速的、爆炸式的辐射演化，在短时间内产生了大量的新类群。诚然，后来发现在寒武纪之前不久出现过软体的埃迪卡拉动物群，但是它们数量上远不能和寒武纪相比，且形态上也差异过大，很可能并非现代生物祖先。和宇宙大爆炸不同，寒武纪的爆发并不是指生命的起源，倒更像生命的绽放从平淡无奇的单细胞生物一跃成为华丽丰盛的多细胞世界。这对整个生物圈而言，无疑是一次伟大的新生。但是为什么偏偏是寒武纪？克劳德倾向于认为，在那时大气氧含量超过了一定程度，足以支持多细胞生物的成长。绝大部分真核生物的生存都需要氧气。对于单细胞而言，全部的氧气都可以靠细胞膜的渗透获得；但是当多个细胞聚集到一起时，体积增大而相对表面积减小，就需要更高的氧气浓度才能够用。当然再往后可以用其他的方法补救，比如演化出鳃、肺和血液循环；但是这第一个门槛必须迈过去。证据呢？克劳德指出，在海水中二价铁离子和氧气是不兼容的，相遇就会氧化形成三价铁进而沉淀，形成所谓条带状含铁建造。这种沉积物曾经遍布太古宇的地层，但在大约18亿年前突然不再形成了。由于氧气可以不断生成，而铁却无法补充，这个停止只能有一种解释：海水里的二价铁在此时被耗尽；而氧气也终于可以开始积累了。克劳德估计，按照这个速度，差不多在寒武纪，氧气足够达到可以维持多细胞生物的浓度。当然，这个估计的证据并不很充分，但是他的挑战已经摆上了擂台：如何证明寒武纪是或者不是一次真正的爆发？如果是，原因又是什么？【布尔吉斯页岩，自然界的宏大实验？】达尔文时代对于寒武纪早中期最大的认识就是所谓的小壳化石：顾名思义，就是各种各样类似小贝壳的化石，体积很小又往往破碎严重，很难看出什么所以然。在1948年克劳德提出寒武纪大爆发假说时，虽然化石丰富了许多，但是仍然处在正常的范围之内。只有当著名的布尔吉斯页岩被重新发现之后，人们才意识到寒武纪是一次多么壮丽的绽放。其实去年不但是达尔文诞辰两百周年，也是布尔吉斯页岩发现的一百周年；它是由查理沃科特就是发现前寒武生物遗迹的那位1909年在加拿大布尔吉斯山间小路偶然发现的，当时他已59岁。可惜，布尔吉斯位处偏远山区，马是唯一的交通工具；他本人当时更关注于前寒武的生命，而他的考察队规模又太小（连他的妻儿都随他一同来打下手），种种原因导致他在布尔吉斯页岩上没有花太多的精力。之后的十五年野外考察里，其中只有五个发掘季度用在了布尔吉斯页岩上，用于整理和描述的时间也不是太多。因此，尽管他在论文中将此处描述为含量最丰富、保存最精美的中寒武世化石，但是他在描述分类时仍然沿用了当时的分类学惯例，结果是六万件标本全部归入了已知的门类。1927年他逝世之后，布尔吉斯有一段时间几乎被遗忘了。但是三十多年之后，当莫里斯（Convay Morris）等人重拾对布尔吉斯的研究时，惊讶地发现很多物种的身体构型非常特殊，很难归入传统的分类单元之中。一时间，许多人开始考虑为这些奇形怪状的东西建立新的纲甚至门。班特森（Stefan Bengtson）在1977年提出，有可能寒武纪大爆发的规模比克劳德以为的还要大，实际上这场爆发可能是自然界一次狂放的实验，前无古人后无来者；其间创造出了各式各样的怪物，它们大部分是不成功的试验品，不久即告灭绝，只有少数存活下来，成为后来其它物种的祖先。这个假说确实非常令人振奋。当一部分生命在寒武纪第一次抵达足够的复杂程度时，它们看到了怎样广阔的世界啊！万物新生，一切景物都是新鲜的，一切可能性都在眼前。倘若果真如此，那么寒武纪的新生无疑是生命史上最重要、最激动人心的一刻。因此，著名古生物学家斯蒂芬杰伊古尔德，笔者的偶像，在此假说的基础上出版了Wonderful Life 一书（中译本《奇妙的生命》）。书中描述了布尔吉斯页岩里种种奇特得超出我们想象的生物，结论是：寒武纪大爆发是生命的终极实验。他甚至认为，倘若我们把整个生命历史倒回开头重放一遍，那么实验结果很可能与现在大相径庭或许是那些怪物在寒武纪存活下来，而我们会变成连自己都认不出来的形态；智慧生命甚至可能都不会诞生。这本书文笔生动，内容有趣，读来毫无晦涩之处，因此在外行人当中获得广泛好评，影响极大。（可惜江苏科技出版社的中译本就翻译得一塌糊涂，错译比比皆是这年头科普著作的翻译问题很大啊。）然而学术圈子里，这本书却掀起了轩然大波。【怪物的真实面目】问题的关键在于这些物种到底是不是全新的结构，是不是和已知物种毫无联系？布尔吉斯重发现之初，大家激动之下，建立新类群时往往大手大脚；但是更深入的研究表明，很多怪物不过是外表奇特，骨子里还是按照和已知生命同样的蓝图构建的。班特森本人在1991年发表了一篇文章，标题Oddballs from the Cambrian Start to Get Even，以巧妙的双关语表达了他的观点：这些生物并不是看上去那么奇怪。寒武纪奇怪的生物中，怪诞虫 Hallucigenia 算是头一号。最早的标本中，这种生物似乎是用七对尖刺支持自己的身体，而背上则伸出一列触角，这样的生物连科幻小说都没有描写过，以致莫里斯用了Halluci这个词根为它命名让人产生幻觉的。然而，80年代在中国发现了另一个丰盛的寒武纪化石群澄江化石群。这里的新发现表明，怪诞虫被人们完全弄反了，其实触角有两排，向下支持身体；而尖刺是向上的！改正之后它完全可以归入叶足动物，这是一类古生物学家熟悉的类群。图3 怪诞虫四格。1是化石里的样子，当然，压扁了人们曾经以为，立体图应该是2那样，后来才发现触角少了一排，所以更可能是3那样4是复原图。另一种奇特的生物微瓦霞虫 Wiwaxia ，看起来好像一只带刺的龟壳，沃科特当初把它归入了环节动物，莫里斯则认为这么诡异的生物足以单立出一个门，不过后续研究表明沃科特很可能大方向是对的它很可能以环节动物为祖先。最让人恼火的棘皮动物也有了很大进展：寒武纪的棘皮动物门里出现了21个纲，原先纲纲之间几乎找不出联系，人称进化草坪不是一棵树，而是一片草坪，草与草之间没有联系；但是现在更深入的研究似乎也能把草根们连在一起了。虽然工作远未完成，但是从趋势上看，我们很有可能最终让诸多怪物都各归其位。图4 微瓦霞虫的水彩复原图。感觉像一只大菠萝【问题归来，未完待续】怪物安置好了，树建立起来了，老问题也回来了：假如寒武纪不是一次大实验，那么又如何解释它的突发性？它是真的突然爆发还是经过了前寒武的长期积累方才崭露头角？寒武纪本身暂时无法提供更多的答案了，我们需要回到寒武纪之前，探寻那些沉默的年代里发生了什么。所谓的前寒武埃迪卡拉动物群是一次失败的进化尝试吗？反复出现的遗迹化石到底和生命活动有怎样的关系？寒武纪之前是否发生了什么重大环境突变？现代分子生物学的分子钟技术对此有何说法？中国的震旦纪陡山沱化石群又提出何种证据？欲知后事如何，请听下回分解。注1：(本注释无关紧要，可以不看~)地质学描述过去时期的术语有一套规范。当描述地质历史上的时代时，单位从高到低是宙、代、纪、世，层层嵌套；譬如说某种牙形石出现的时间是显生宙、古生代、寒武纪、芙蓉世。但是当描述这个时代所形成的地层时，则要分别换成宇、界、系、统。因此，文中会出现寒武纪和寒武系地层这两种说法; 个人分类: 专题|1640 次阅读|0 个评论

一条奇怪的虾子: songshuhui 2010-2-26 20:45; 邢立达发表于 2010-02-24 8:49 奇虾的附肢化石与整体模型那本书看到哪儿了？ Anomalocaris 出现的时期寒武纪！这是新锐CG艺术家新海诚近作《秒速5厘米》中，男女主角儿时的对白。当我看到此处，心里咯噔一下，是寒武纪的奇虾大人啊我冷僻的学科居然能闪现在这么一部唯美而伤感的动画中，着实意外。寒武纪的奇虾堪比侏罗纪之大奥异特龙，白垩纪之苏暴龙。同是霸王，于是寂寞。奇虾的寂寞并非端坐食物链金字塔端的高处不胜寒，而是漫漫深闺中无人识。奇虾的发现过程，是古生物史上最离谱的重建，那真是一段充满了幽默、谬误、奋战不休、困惑不已以及接踵而来更大的错误、汇集其大成，于一个不寻常的解决之道；使得从三个独立门类的残简断片中，归结到单一复原的动物体我们可怜的奇虾。奇虾的第一件标本约于121年前发现于加拿大。1892年，加拿大著名的古生物学家惠特魏将其描述为一只没有脑袋，形似虾的节肢动物体躯，它腹部的刺则成为虾的附肢，并美其名曰奇虾，好一条奇怪的虾子！接下来，美国地质调查所主管、史密森协会主任瓦寇特命名了西德妮虫（ Sidneyia ），认为它是一种节肢动物，头部具有硕大的觅食附肢。1911年，瓦寇特又命名了属于海参类的拉甘虫（ Laggania ），这个标本有着一个大口的构造。最后，他又命名了一种名为沛托虫（ Peytoia ）的水母类，这个生物体具有一个环状构造，带有32个骨片围绕在中心的开口位置，活像一件圣衣。直到多年以后，剑桥大学地球科学部的教授、杰出的三叶虫专家惠汀顿检视加拿大寒武纪化石标本时，其中一块保存得并不完好的大型标本让他无比震撼，以上四个物种竟然在一个动物的身上次第出现了，谁又能想象到这样的一个组合模式──奇虾的后端、西德妮虫的觅食附肢、压扁的拉甘虫、再加上有一个中间开孔的沛托虫？这些风马牛不相及的家伙竟然能够拼合在一起，成为一个巨大的生物体！这种动物为流线形，背腹扁平，虽不善于行走却能快速游泳。具体分析其身体，可见其头部呈长椭圆形，上方插着一对带短柄的大眼睛；一对觅食用的，分节的巨形附肢焊接在身体前方；附肢后方有着直径达25厘米的圆形口器，它可以利用附肢将猎物送到张开的口器中，这张巨口可掠食当时任何大型的生物，这是因为口腔中装备有大量的几丁质外齿和内齿，具极强的肢解能力，对那些有矿化外甲保护的动物比如三叶虫构成了重大威胁；体躯在头部之后分成为11个叶片状，叶片在体躯中央达到最宽，而向前与向后方逐渐变窄；体躯最后端短而粗，没有任何延伸的刺或叶片。这果然是一种看上奇酷无比的虾子吧！且看看这个：一对带柄的复眼，头胸甲覆盖头部和胸部前段；第二对附肢巨大无比，呈镰刀状，看上去就像螳螂的前足；腹部游泳肢可激烈摆动划水，加上尾扇强有力的拍打，使其得到不俗的游泳能力。怎么样？也不差吧！这就是大名鼎鼎的虾姑（ Squilla ）又称螳螂虾、皮皮虾、虾爬子，或是周星星爆浆攋尿牛丸中的攋尿虾！它们同样为虾，样子也相距不远。但前者生活在5.3亿年前寒武纪大爆发的序幕，带壳动物迅速超频、升级的阶段。比起当时其它大多数动物平均几毫米到几厘米的体长，个体最大可达2米以上的奇虾堪称巨无霸。于是它成为当时攻击能力最强的食肉动物，铸就了一段神奇。后者呢？生活在智人当道的第四纪，任你有大刀铠甲，却永远是广东人面前的一道菜！这就是时势，无关装备。在这场有趣的古生物剧中，中国人又来创造神奇。迄今最完整的奇虾化石就出现这片神奇的土地上，地点是云南澄江帽天山的页岩中。帽天山因形如一顶草帽而得名。这座方圆不到1公里，海拔仅2026米的小山虽然其貌不扬，但却因澄江动物群的发现而闻名全球，这就是山不在高，有仙则名。自1984年候先光在帽天山发现了纳罗虫化石以后，帽天山在古生物家眼中就成了一座最能创造奇迹性发现的神奇的宝山。当时间来到1992年，帽天山北坡正修筑公路，推土机推出了一个巨大的断面，南京地质古生物研究所的周桂琴等人正在此地采集化石。当一个前附肢的末端露出来后，周姑娘倍感兴奋，在好奇心的驱使下，在野外当场就修理起来。当完整的一对前附肢和头部显露之际，她不禁兴奋得大喊起来。我国第一块奇虾标本就此现形。而第三块完整奇虾的问世也很有意思，其实，这第三块奇虾化石早在1990年就已被南古所的朱茂炎采集回来，但当初它怪异的形体让人迷惑，因而被冷落在办公室的托盘中将近2年。随着标本的修复，一个完整的凶猛的猎食者形象这才出现在人们眼前。完整的奇虾化石为什么偏偏选择在帽天山出现？此地确实神奇。在5.3亿年前这里不是山脉，而是一片浅海斜坡，是水下泥浆流事故多发地带。这种泥流，往往始发于海盆边缘，聚积着相当大的势能。一旦爆发，则顺着海底斜坡倾泻而下，挟沙带水，势不可当。泥流浪涌般地扑向地势较低的海底，激起周围泥浆，掀起腐藻败叶，迅速向四面八方蔓延，泥流所到之处生灵涂炭。刹那间将一只郁闷发呆的奇虾拽进了黑暗，送到另一个世界。在身后的世界里，细腻如脂的粉尘生成的致密的淤泥层裹覆住奇虾的躯体，极大地减弱了水体和气体对生物软体的侵蚀，并在日后的沧海桑田形成化石，并把它送到周姑娘面前。然后的然后，就是它，这只被中国古生物学者借尸还魂的奇虾，给这段百多年来的纷争，完美地画下了一个句号。; 个人分类: 生物|1473 次阅读|2 个评论

病毒是寒武纪物种大爆发的重要参与者: 热度 1 chengm2002 2009-7-9 11:27; 病毒是寒武纪物种大爆发的重要参与者发现寒武纪物种爆发的证据 1984 年 7 月 1 日注定是一个要载入生物史册的日子，云南澄江动物群化石的发现为寒武纪物种大爆发提供了重要证据，使学术界在物种进化到底是连续性还是跳跃式发展的问题上继续争论不休。这天，中国科学院南京古生物所的侯先光在云南澄江县的帽天山，发现一块形状奇特又保存完整的化石，他判断是一块寒武纪早期的无脊椎动物化石。而这仅仅是一个欣喜的开端，当天他又发现了三块后来经鉴定分别是纳罗虫、腮虾虫和尖峰虫的化石，从此侯先光打开了一扇古生物宝藏的大门，在接下来的数天里，又陆续发现了节肢动物、水母、蠕虫等许多同时期的古生物化石。后来，他与导师张文堂教授，撰写了《纳罗虫在亚洲大陆的发现》一文并在国际上引起轰动。这批后来被命名为澄江动物群的化石经技术处理复原后，为人们揭开了生活在 5.3 亿年前海底世界里各种古生物的神秘面纱。这些生物种类之丰富、保存之完整前所未见，澄江的动物化石因此闻名世界。澄江动物群是迄今世界发现的最古老、保存最完好的多门类动物群。几乎现生动物的所有门类，都能在澄江化石群里找到它们的远祖代表。有学者用神迹来描述寒武纪的物种大爆发，因为这么多门类、多形态的生命在同一时期产生，并且已具备生命物种最初的复杂性，使一些人有理由据此提出是上帝选择了寒武纪作为创造生命的时期，进而对达尔文的渐进连续的生物进化论提出诘难。达尔文进化论受到挑战物种间在寒武纪发生了突变，这是科学家对澄江动物群研究后得出的一个重要结论，这个发现使他们雀跃不已。各类动物似乎在寒武纪时期一夜之间从天而降，并非经过长时间的演化而来。地球生命出现已 38 亿年了，但在距今 5.4 亿年的寒武纪之前，生命只是以藻类和菌类或个别简单的多细胞物种形式存在于海洋里，这点在 1909 年加拿大发现的埃迪卡拉化石那得到证实。寒武纪之后，大量后生动物突然在海洋里出现，从单细胞藻类、菌类到多细胞后生动物，它们以极快的演化速度使千万年的时间里突然出现了大量不同门类的动物。地球上现存的物种几乎都是它们的后代。如果按照达尔文的设想，物种的变化是各种微小变化的累积、进化应该是连续不断的话，显然无法解释寒武纪物种变化的现象。当科学家从化石中发现在寒武纪突然出现了三叶虫时，这就动摇了进化论的基础。曾全力支持达尔文进化论的赫胥黎，私下多次劝告达尔文接受跳跃式的进化观点，并警告说，你这样毫无保留地接受自然界绝无跃进的观点，使你陷入不必要的困难之中。而达尔文深知，他的学说最具吸引力、最独到的地方乃是摒弃一切超然主义，用纯自然的观点解释生物的起源。他惟有用渐进、微小的变化来解释复杂的大变化，才能持守他这种彻底的唯物主义立场。他明确地说：如果有人能证明，任何现有的复杂器官，不是从无数连续的、微小的突变而来，我的学说就得完全瓦解了。他在给他的朋友、著名地质学家赖尔的信中，对跳跃式进化的观点提出严厉的批评，如果我的自然选择理论必须借重这种突然进化的过程才能说得通，我将弃之为粪土。如果在任何一个步骤中，需要加上神奇的进步，那自然选择理论就不值分文了。如果进化真是跳跃式发展，一方面自然选择的渐变理论将被推倒，另一方面又无人能对跳跃式发展的原因找出令人满意的答案。詹腓力在《审判达尔文》一书中指出，细察之下，大突变进化的最大问题在于，你可将圣经中记载的人在尘土中被造也看成是大突变。连续、渐进的自然选择理论既站立不住，跳跃的大突变主义又缺乏立论依据。进化论陷入空前的危机中。詹腓力甚至提出对生命的起源重新构架，这种对达尔文学说的否定是人们难以接受的，科学家们期待与探索新的证据与理论，以在自然科学中彻底排除神的阴影。随着时间的推移和研究的深入，后来的科学家们对达尔文的渐变论做了修正，达尔文在他的时代由于研究条件的限制，对生物演化的历史了解并不是很全面，他认为进化应该是慢速进化。进入 20 世纪以来，大量的科学证据表明，进化应该是个快速的过程，澄江动物群就很典型。但为什么在寒武纪的千万年中物种快速发展，而寒武纪之前的几十亿年中生命长期停滞在藻类、菌类或简单多细胞的形式，其间找不到任何过渡物种的化石？为什么寒武纪之后的几亿年中各种物种各自向高等类别缓慢进化，再也没有出现一次物种的快速发展，以至出现一个全新类型的物种呢？我们有理由相信，寒武纪前地球上必定发生了什么。生态学界对此给出的一种解释是：在寒武纪之初，即多细胞动物刚刚出现之时，可以为动物占据的生态位都是空的，任何一种生命类型都可能找到一个适合的生存空间，因此发生了一次蔚为壮观的辐射进化，此后，由于所有的生态位都被占领，即使发生了大规模的物种绝灭，绝灭物种留下的空位也会迅速地被留存下来的物种占领，因而不存在产生动物全新类型的机遇。但此假设的硬伤是，无法解释寒武纪前生命在原始状态长达几十亿年缓慢进化过程！ 20 世纪科学的新转机二十世纪后半叶，随着现代科学的迅猛发展，分子生物学与分子病毒学日渐成熟，学者对生命本质了解也越来越清晰，特别是基因学说与基因工程技术的日渐成熟，使得这个难题有可能得到合理解释。生物遗传的核心物质是基因，物种的本质是基因的种类或差异，生命的进化从根本上理解是基因组的进化；生物基因组的发展记录了生命每一步进化的痕迹，生物越复杂，它所需要的最小基因组也就越大，从支原体到高等植物和高等动物，基因从数量上和种类上随着物种的进化发生了巨大的变化。基因组研究发现，一个能独立生存的细胞所需要的最小基因组大小为 1.5Mb 和 1500 条基因，少于这个数目的物种只能沦落为寄生物种，而需要宿主细胞来提供代谢物质完成生命周期。脊椎动物的基因在 10,000-20,000 条之间，人类基因组大小为 3300Mb 和 40,000 条基因，水稻基因组也有 40,000 条基因。随基因组大小与数量的发展，物种的表现也由低等到高等有了根本上的改变，直至人类这样高智能的物种出现。到今天，人类能反过来从基因水平认识与研究自身，并能用基因这个工具来改造物种。基因研究发现基因复制增加是基因组进化的主要动力之一，这种复制不是指细胞繁殖过程中的复制形式，而是一个基因组中因额外复制产生两个相同的基因，重复的基因可以因突变而发生差异，这种差异是以每 100 万年约 1% 的速率累积，可以逐步演变成与原先功能不同的基因，如果新基因的产物对物种自身是有害的，那带有这种新基因的个体就被自然选择所去除，如果是有益的，就会逐步扩展到整个群体而固定下来。由于不同功能基因的增加，物种的结构、表型和功能比原先的物种复杂了。这种基因组的进化从时间上说是漫长的，同源基因序列的差异与时间成正比，因此可以作为进化钟，计算同源基因任何两个成员间产生趋异的时间，以人的珠蛋白为例，一个同源基因完成完全的分离至少需要一亿年时间。这样的进化一般不会使新物种与原来的物种之间发生根本的改变，只是在原基础上的更新。如果用这种基因组的进化机制解释达尔文的进化论是非常完美的，给达尔文的物种变化是各种微小变化累积的连续进化论提供了物质基础。从脊柱动物的出现到高等哺乳动物人类的出现，基因组的基因数量翻了 1~2 倍，两者期间间隔的 5 亿年时间足以使物种的微小变化完成这样的累积。基因组进化的另一种动力是外源基因的加入，这是因历史与科学发展水平的原因达尔文没有想到的。二十世界七十年代细胞融合技术和单克隆抗体的产生是分子生物学和免疫学发展史中重要的里程碑，这种技术就是将能产生某一种抗体的 B 淋巴细胞与小鼠腹水瘤细胞融合，融合的细胞既有瘤细胞长期繁殖传代的特性，又能生成某种特定的抗体。融合瘤细胞是外源基因促使基因组发展的一个实例，证明外源基因的加入也是基因组进化的一种机制。而病毒感染是自然界外源基因进入细胞典型的实例，病毒是寄生物种，它自身的基因组不足以完成自我生命周期，每一种病毒必须主动入侵某种特定的宿主细胞，在宿主细胞代谢系统的协助下，表达病毒基因组的产物和自我复制，来维持自身的延续，病毒的另一种运动方式是将基因组成分溶入宿主基因组，随宿主细胞的繁殖分裂传至下一代。在分子生物实验室，一些病毒经改造已发展成为人类理想的基因载体，在医学研究和基因治疗中发挥重要的作用。在细胞生命活动中有一种内共生现象，如细胞可以吞噬或感染一些更小些的生命颗粒，容忍其在细胞内持续存在，如质粒与病毒等，这些细小生命颗粒有独立的基因组和复制子，这些独立的基因组和细胞核的基因组在进化过程中可以相互转移，这样细胞就将外源基因演变为己有。由于病毒具有入侵细胞的主动性，因此是物种外源基因参入的最主要源流，这种参入比较因细胞自身基因突变而产生新基因显得更直接更快捷；也由于病毒这种入侵细胞的的特性使其可以成为基因的使者，当一种病毒基因侵入细胞而带入的基因以及基因产物对细胞发展有利时，基因就会得以保留，并将新基因和其赋予的新特征传给子代，发展成为新的群体；如对细胞不利时，则自然淘汰。有人推测真核细胞中核的出现就是原核细胞（比真核细胞更原始更低等的细胞）吞噬了大的病毒颗粒演化而成的，病毒促使了原核细胞向真核细胞的进化。由于自然界病毒数量和种类的巨大（估计海洋中有 10 30 病毒），加上病毒基因易变的特征，可以说病毒为被入侵的细胞所提供的新基因的广度（数量）、宽度（种类）和深度（结构的复杂性）几乎是无限的，然后由自然选择对因新基因加入而发生新特征演化的生物个体进行最佳筛选，逐步形成这个万物众生千姿百态的生命世界。以病毒方式促使物种基因组的发展是以物种的传代而累积扩展的，一个简单物种如单细胞生物的传代是以分计算的，如今在任何一个分子生物学实验室中，用一个病毒载体将一个新的基因转入细胞并形成一个表达克隆（一群相同的细胞）是以天计算的；而一个较复杂的两栖类物种的传代也仅以年计算，因此由病毒带入外源基因造成物种基因组的发展速度是自然突变速度的几个或几十个数量级，再加上外源基因的异源性和多彩性，因此导致物种的快速进化、分化以及多样性主要是外源基因（病毒）带来的。我们可以合理地推测外源性的病毒基因参与是寒武纪物种大爆发和物种跃进式进化的物质基础，寒武纪物种大爆发是病毒给大自然带来的礼物。在这个时期物种发展与分化的速度与古生代的年纪相比是如此短暂，造成各种新发展的物种出现在以百万年计的同时代地层，给人们造成突然出现当今所有生物门类的假象，其实对于生命来说，几百万年、千万年也是够漫长的了。达尔文时代人们还未认识病毒这个巨大的物种，达尔文于 1882 年去世， 1898 年荷兰科学家贝杰林克发现病毒， 1961 年生物学家才发现基因的物质基础是核酸。达尔文没有认识到物种的进化有内在的变异因素与外来因素的加入两种方式，但他坚信他的生物进化学说是真理，当他的学说与事实发生无法解释的冲突对他来说是多么的痛苦，要他来解释寒武纪的物种大爆发超越了当时的历史条件和科技水平。寒武纪物种大爆发和病毒的起源但是为什么物种大爆发在寒武纪发生呢？为什么病毒在寒武纪发挥它的威力呢？一个合理的解释就是病毒是在寒武纪前叶出现的。早在 20 世纪 80 年代 , 古生物学家就在寒武纪三叶虫首现层以下的样品中 , 发现了极高的铱异常。以后 , 在长江三峡的中部以及云南的澄江地区 , 通过对寒武纪底界的地质样品的分析 , 也发现了铱异常。铱异常是陨星撞击地球的可靠标志。这意味着在寒武纪前期 , 地球曾频繁地受陨星的撞击。高密度或大的陨星撞击，给地球带来灾难和死亡，寒武纪前的埃迪卡拉动物很可能正是陨星撞击地球的牺牲品。我们可以推测正是寒武纪前期频繁的陨星撞击地球这种极端的环境条件下，由于恶劣的生存状态，使一些细胞的基因组成分的丢失，退化成为病毒样的结构，这种以核酸为基础的结构更能抵御恶劣的自然环境；同时由于环境恶劣程度的差异，细胞基因组丢失的成分与数量也不同，因此随机形成复杂程度不同的各类病毒，以特有的无生命的状态而保留下来。进入寒武纪，地球生存条件改善，这些病毒通过入侵或吞噬获得进入细胞的机会，与经过劫难残留下来细胞物种共同促成了物种大爆发。因此说病毒是寒武纪物种大爆发的重要参与者，另一个需要补充解释的问题是，病毒的发生有内源性与外源性（细胞退化）两种方式，（见前博文，病毒的起源。）内源性病毒的发生与上述机制无关，内源性病毒基因的掺入与自身基因的增加和异化机制相似，病毒也没有向复杂化和大型化进化的机制。促进物种快速进化的是带有复制、异源、随机生存的外源性病毒，因为这类病毒因细胞退化的随机性，造成发生的病毒基因组的多样性与复制性，因此说是寒武纪前夕因地球环境恶变而生成的外源性病毒促成了物种大爆发。在生命发展的低级阶段，细胞没有对抗病毒的机制，因此接受病毒基因的参入是无条件的，病毒的入侵可以决定一个物种的兴与亡，这对一个物种遗传的稳定性是不利的，但在这种不稳定中，按照物竞天择的达尔文进化论规则，物种于大浪淘沙中不断分化与进展，可以说在寒武纪，是病毒主宰了地球生物的发展。随着物种的进化，多细胞、多组织、多器官的出现以及细胞功能的分化，生命体适应外环境变化的能力越来越强，其内环境也越来越精细，由于外来物种的入侵打破这个精细的内环境的稳定，有可能使整个生命体解体并消亡，这样就促使了免疫系统的兴起。同时为了对应外环境的变化，也促使了神经系统的发展。在脊椎动物发展中新出现的 40% 的基因主要是施职于这两个系统的。免疫系统是专职清除进入体内的外来微小物种的，或清除因感染病毒而表面特征发生改变的细胞，入侵的病毒在免疫系统的压力下失去了扩展的机会。在三文鱼已经具备的脊椎动物完善的免疫系统保持了自身基因的稳定性，使外来基因入侵的能力受到极大的限制，因此寒武纪物种大发展后建立的物种框架基本上就稳定，物种进化跃进现象基本停止，回到自然突变的机制上各自进化。虽然寒武纪后病毒仍可将基因带入一些低等的物种，但由于已存在的高级物种的生存优势和资源占有，病毒参与低等生物基因组演化的机制还是存在，但为地球上普遍的优势物种所掩盖。近年来科学家在百慕大进行了为期 20 天的考察，将生活在海面到海底 4.8 公里深处的浮游生物一网打尽。在捕获的数千种生物中，科学家已经对 500 种进行了分门别类，并对其中 220 多种的基因序列进行了分析。结果显示至少有 20 种浮游生物是没有原始同类的第一次发现，这中间可能有新发生的，当然也有可能是以往遗漏的。智能世界的物种大爆发随着人类掌握了研究物种的两把钥匙核酸序列分析和基因工程学，我们已经进入一个新的物种大爆发期。这两把钥匙赋予科学家在实验室里创造新的物种的能力，可用转基因技术或基因敲出技术对物种改造。以前需要几千年甚至几十万年的自然进化过程，现在仅仅几个星期时间就可完成。当今转基因食物、转基因动物和转基因花卉作为新物种的代表已经进入人类的日常生活。全球估计有成千上万的分子生物学实验室，在进行新基因的创造实验，进行各种物种间的基因组合，甚至是动植物间、人与动物间的基因组合（如人的基因与兔卵的核外基因的组合，人类干细胞与羊胎的组合等等。）但与寒武纪物种大爆发有质的不同，前者是混沌世界的物种大爆发，后者来的将是智能世界的物种大爆发，它带来的是奇花异木的天堂美景，还是魑魅魍魉的现世浮屠，将由后来人来面对。; 个人分类: 未分类|7964 次阅读|2 个评论

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标签: 寒武纪

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