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古生物学家发现与“幻觉虫”相关的新标本

古生物学家挖出了一些与“奇虾”(Hallucigenia),这种有史以来最奇怪的动物之一密切相关的新的化石标本。

作者:Roger Lewin
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直到去年,“奇虾”还是有史以来最奇怪的动物之一。这种像香肠一样的海洋生物,在半个多亿年前,寒武纪早期就已灭绝,据称它靠七对尖刺行走,背部有一排波浪状的触手。但去年,在中国云南省,古生物学家挖出了一些与“奇虾”密切相关的新的标本。这些化石清楚地表明,研究人员之前所认识的“奇虾”只是他们想象中的产物:他们一直以来都把它看反了。

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现在,尖刺保护着它的背部,触手变成了两排腿,“奇虾”属于与有爪足动物(onychophoran-like animals)相似的类别,它们的现代代表看起来有点像蜈蚣——或许算不上漂亮,但一点也不奇特。是的,这有点令人尴尬,西蒙·康威·莫里斯(Simon Conway Morris),这位英国古生物学家在1977年首次描述并命名了“奇虾”,承认道。我一直怀疑我们可能看错了它,但直到中国化石出现,我们才敢确定。

如果“奇虾”的故事就此结束,那也只配一篇或两篇学术论文,不会有更多了。但围绕“奇虾”的困惑,恰恰象征着古生物学界目前正在进行的一场更大的辩论,这场辩论涉及对地球生命史截然不同——甚至可以说是颠倒——的两种观点。辩论的中心是被称为“寒武纪生命大爆发”(Cambrian explosion)的事件,而“奇虾”正是其中的一部分。在这次发生在6亿到5亿年前的事件中,大自然跨越了一个重要的门槛:多细胞生物首次进化,并且它们以多种基本身体结构,即门(phyla),的形式出现,而所有现代生物都由此演化而来。

“关键问题是,寒武纪生命大爆发中出现了多少种身体结构?”康威·莫里斯解释道。“是大致和今天存在的数量一样多吗?还是多得多,其中大多数很快就灭绝了?”直到几年前,大多数古生物学家都会支持第一个答案——今天约30个门(其中大多数是不起眼的蠕虫、软体动物和节肢动物)基本上与寒武纪的门相同,并且自那以后,每个门内的物种多样性都在逐渐增加。但在他1989年的著作《精彩生命》(Wonderful Life)中,哈佛大学生物学家斯蒂芬·杰伊·古尔德(Stephen Jay Gould)颠覆了这种多样性不断增加的观点。在描述加拿大落基山脉具有代表性的寒武纪露头——伯吉斯页岩(Burgess Shale)的动物群时,古尔德有力地支持了第二个答案:寒武纪初期形式的爆炸性出现,紧接着是一场“内爆”。

“寒武纪可能存在多达一百种身体形态,”古尔德说。“大多数灭绝了;谁知道为什么,只是碰巧。结果是,今天的生命形态取决于哪些身体结构碰巧存活了下来。如果历史重演,可能会有一整套不同的门存活下来,而今天的生命将会截然不同。几乎可以肯定地说,根据古尔德的说法,人类(属于脊索动物门)将不复存在。”

古尔德的观点很快成为进化生物学界新的主流观点。它构成了一个精彩的故事:进化在其早期对多细胞生物的大胆实验中,产生了无数奇形怪状的形式,其中大多数很快就灭绝了;今天生命的所有辉煌多样性,都源于早期实验中少数幸存者的重复变异,是本可能存在的事物的微不足道的代表。在古尔德看来,半个多亿年前的许多化石之所以看起来很奇怪,正是因为它们的身体结构已经灭绝,如今已不存在与之相似的生物。它们就像来自外星的生物——“奇虾”就是一个鲜明的例子。

“奇虾”可以被归入一个现代门,并且并没有那么奇怪的发现,似乎给古尔德的理论带来了一点打击。更重要的是,“奇虾”故事的寓意,正在被其他化石发现所重复,尤其是康威·莫里斯的发现——他讽刺的是,他自己也对伯吉斯页岩进行了大量研究。康威·莫里斯与格陵兰地质调查局的 J. S. Peel 一起,首次发现了寒武纪时期铠甲似蛞蝓的生物——哈尔基亚虫(halkieriids)的完整标本。这些由研究人员在格陵兰北部挖出的新化石表明,原本被认为是多种神秘生物,实际上只是一种生物的不同身体部分。康威·莫里斯说,这进一步降低了寒武纪化石所谓的奇特程度。

如果半个多亿年前的生物并没有它们被描述的那么奇怪,那么也许不必假设寒武纪生命大爆发后发生了大规模灭绝。也许所有的寒武纪动物,就像“奇虾”一样,都可以归入现代的门——寒武纪有30个门,现在也有30个门,中间经历了半个多亿年的进化。古尔德承认:“是的,这些发现对我的观点不利,但你失去一个,就会得到另一个——一些在他看来被塞进了已知类群,但终有一天会被视为不同的生物。”

但另一位伯吉斯页岩专家、布里斯托大学的古生物学家德里克·布里格斯(Derek Briggs)也对《精彩生命》理论持怀疑态度。几年前,他和伦敦自然历史博物馆的理查德·福特(Richard Fortey)对寒武纪节肢动物进行了详细的比较研究,寒武纪节肢动物是现代世界中包括螃蟹、蜘蛛、昆虫、千足虫等在内的类群。如果古尔德是对的,即寒武纪之后门的数量急剧下降,那么每个幸存的门内的多样性也应该随之下降;也就是说,寒武纪节肢动物在形态上应该比它们的现代后代更加多样化。为了衡量节肢动物的形态差异,布里格斯和福特选择了一种称为“支序分类学”(cladistics)的技术。

在支序分类学分析中,人们试图通过关注某些关键特征来确定一组生物之间的关系,并将它们排列在最合理的进化树——或支序学家称之为“支序图”(cladogram)上。例如,所有灵长类动物的指甲而不是爪子,而所有类人猿在眼睛上方都有骨质边缘,但其他灵长类动物则没有。因此,大猩猩和黑猩猩,它们都是类人猿,彼此之间的亲缘关系比它们任何一个与狐猴(灵长类但非类人猿)的关系更近。换句话说,大猩猩和黑猩猩在类人猿这个群体与狐猴分化之后才彼此分化。

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在收集了寒武纪和现代节肢动物在头部盾牌形状、眼睛位置和触角结构等一系列解剖特征的数据后,布里格斯和福特绘制了一张支序图。他们得出结论,寒武纪节肢动物之间的亲缘关系不比现存的节肢动物差——因此,在形态多样性方面也不高。布里格斯说:“与古尔德的假设相反,没有证据表明寒武纪产生了特别奇怪的形态。史蒂夫提出了一个有趣的论点,说服了很多人,但我们的分析表明这是一种过度简化。”

然而,古尔德对布里格斯和福特的支序分类学分析并不满意。他在最近一期《古生物学》(Paleobiology)杂志上写道:“他们犯了一个逻辑错误。支序分类学分析提供的是分支顺序信息,而不是形态差异信息。也就是说,布里格斯和福特可能正确地辨别了哪个节肢动物与哪个节肢动物分化,但支序图并没有以量化的方式告诉他们这两种生物的真实差异有多大——而这正是关于寒武纪生命大爆发的争论的重点。”

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为了回应古尔德的批评,布里格斯和福特此后尝试了一种量化方法。他们测量了节肢动物的大小和形状等,然后对这些测量值进行了统计分析——一种称为“形态计量学”(morphometrics)的技术。他们表示,结果与支序分类学分析相同:寒武纪节肢动物的结构多样性并不比它们的现代同类高;它们并非都是形态学上的“外围”奇异生物。

福特说:“我们发现大多数寒武纪动物都属于中央形态。而像藤壶这样的现存生物才是外围。如果古尔德的图景是正确的,你会发现寒武纪的形态遍布整个形态谱,尤其是在边缘,但你并没有看到这种情况。”

这对英国人是否已经给了古尔德答案并战胜了他?古尔德回应说:“不,完全没有。他们做出了诚实而严肃的尝试来寻找答案,但他们使用的形态计量学方法并不能应对挑战。古尔德说,即使有了形态差异的量化衡量标准,你仍然需要一种方法来衡量这些差异的重要性——来确定差异是否足以将两种生物归为不同的物种、科甚至门。这种判断并不容易做出。(古尔德反问道:珊瑚与橡树的差异比牛与橡树的差异大吗?)古尔德说,到目前为止,还没有人找到一种可靠的方法来对化石进行这种判断。”

这场方法学辩论,尽管表面上晦涩难懂,但其核心却关乎生命史的基本结构。布里格斯、福特和康威·莫里斯认为,自寒武纪以来,进化如果说有的话,是逐渐扩大了多样性;古尔德则认为,进化扮演了一个严酷而随意的收割者,它消灭了世界的多样性而不是增加它。我们陷入了僵局,看不到明确的解决方案。但有一件事是大家都可以同意的,那就是化石记录很少是整齐划一的。

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