“适者生存”，却不一定活得最久

*以下根据高山大学和荔枝播客联合制作播出的播客栏目《科学相对论》节选整理而成。

※音频剪辑丨荔枝&李嘉

※整理丨李嘉

※编辑丨朱珍

本期主播

	朱茂炎 中科院南京地质古生物所研究员，中国科学院大学和南京大学教授
	程巍William 高山大学2019级学员，达尔文细胞、火箭派航天创始人

William：

您从事寒武纪大爆发研究，大家一直有个很大的疑问，为什么那个时代会有生物的大爆发？这也是我非常感兴趣的方向。我想请您先给大家大致介绍一下寒武纪的背景。

 

朱茂炎：

“寒武纪”可能现在被用作表示创新的名词，寒武纪在地球历史上也确实是一个创新的时代，大概在5亿多年前的地球上，复杂多样的生命（包括我们人类在内）在地球上突然出现。

达尔文写《物种起源》提出进化论，但是他没有办法解释为什么寒武纪动物在如此短时间内快速出现，我们把它叫做“达尔文的困惑”。从演化的角度，这是我们必须回答的问题，也是吸引人的一个科学命题。如果不去回答这个问题，可能就会进入宗教的思想。

地球生命起源实际上是一个永恒的问题。从求知欲的角度来说，我们人类始终在问自己，生命来自哪里，到哪里去？

地球起源于大约45.6亿年前，按照现在已有的证据来看，地球起源之后很快生命就诞生了。但是一直到寒武纪，我们几乎很难发现肉眼可见的复杂生命，所以寒武纪之前的这段看不到生命的时间段，我们叫“隐生宙”，之后叫“显生宙”。

生命起源有两种假说，一种是生命起源于外星球，另一种是生命起源于地球，这种假说要求我们从地球上找证据。

 

William：

也有另外一种理论认为，生命像蒲公英种子一样抛洒在全宇宙。我们在一些小行星上发现了氨基酸的基本分子，如果美国毅力号和我们的天问一号在火星找到生命的遗迹，那么是不是意味着生命在整个宇宙当中并不是偶然？

 

朱茂炎：

生命起源需要有机分子，从小分子到大分子——氨气、二氧化碳、氮气等这是生命最基本的东西，但这还不能叫生命。真正生成生命需要DNA/RNA这些复杂的生命基本大分子形成以后，再形成一个细胞膜，使其独立于自然界，之间可以进行能量交换，这才叫生命，我们叫“卢卡（LUCA, last universal common ancestor）”。

RNA或者复杂有机大分子，在宇宙的其他星球或尘埃里面可能都会存在，但是能不能形成细胞及以后的生命形式，还没有很好的证据。

 

William：

从初始的生命形态到寒武纪三十多亿年间，都没有复杂生命的出现。那么，生命体本身在演化过程中是不是存在着一种内部的势能？另外还有环境等复杂因素的变化一起造成了寒武纪大爆发？

 

朱茂炎：

确实是这样。在整个宇宙世界里面，目前看，地球是唯一有生命居住的星球，生命的演化脱离不开地球自身的演化。因此，我们在研究寒武纪大爆发这套生命演化过程之前，就要把地球自身的演化研究清楚。

实际上寒武纪之前，大约6亿年前到5.4亿年前间，科学家们也发现了一些肉眼可以看见的复杂生命原始动物的祖先，在我国的三峡、贵州瓮安，世界其他各地也都有一些证据。所以，演化的过程还是能够追踪的，只是这个过程确实在距今6亿年前左右加快了。

 

William：

也就是说在寒武纪突然爆发之前，其实已经有一个预热期了?

  

朱茂炎：

实际上有一个序幕，我把它称为叫做“隐形爆发”，然后再到寒武纪大爆发。寒武纪之前的一个时代——“埃迪卡拉纪”的一些复杂生命看起来像动物，又不像动物，它们个体很大，有的可能达到半米到一米，还有分节的像动物的特征，像水母、蠕虫等等。

尽管我们还没有找到它们跟真正的动物之间相关性的证据，比如说消化器官、眼睛、运动器官、肠道等，但确实比之前的生命复杂得多。现在很多证据表明它们跟动物是近亲，应该是原始动物的一个祖先类型，是动物起源的一个重要的阶段，然后才进入寒武纪大爆发。

 

William ：

那么在寒武纪时代有没有代表性生物及相关生活习性？

  

朱茂炎：

刚才我就提到了奇虾，2米多，是水中霸王，而且种类繁多。它的牙齿在圆盘一样的口中，能够吃肉，还有巨大的前爪能够捕食，显然那个时候的生态系统已经非常复杂了。

三叶虫是寒武纪标志性生物，因为三叶虫有矿化的骨骼，很容易保存为化石。但是，实际上像奇虾类没有矿化的生物还是非常的多。

现在看来寒武纪的面貌跟后来的没啥差别，尽管生物在演化，但那个时候至少所有的食物链，各种环境下各种运动方式的生物都存在，跟我们现在的海洋生态系统，实际上没有太大区别。

  

William：

现在如果人类穿越回去的话，能存活吗？

  

朱茂炎：

虽然海洋生态系统基本上跟现在已经差不多了，但大气氧含量可能达不到现在这么高，不过至少达到了50%以上。就像在高原上，大气氧稀薄，人类仍然能生存一样。回到寒武纪，人类应该也是可以生存的。

所以从我个人角度说，从寒武纪开始，现代地球生命系统就已经建立起来了。 如果我们把地球分成几个阶段，寒武纪就进入一个现代地球的阶段，与现在地球的区别不是很大。陆地上可能跟现在不一样，陆地的植物或者陆地生态系统那时还没有建立起来。

 

William：

寒武纪生命大爆发是全球各地点同时发生的，还是某一地点爆发之后慢慢延展到全球范围的？  

  

朱茂炎：

整个大发展的过程，整个高峰期也就几千万年之间，从一个没有复杂生命的世界变成一个复杂生命繁盛的世界，还是非常快的。全球各地差不多时间段的地质记录都记录了这一段历史。

所以现在我们的研究工作也不仅是在中国，全球各地的国家都在做，包括我们自己课题组也拓展到西伯利亚、蒙古和北非做研究，要回答我们想要知道的问题，必须要做这样的研究。

  

William：

我们现在要去澳大利亚、北非去做这个研究，但是大陆是漂移的，当时大陆应该不在现在这个地方是吧？

  

朱茂炎：

对，完全不一样。海陆不停地变迁，大洋打开又封闭，大陆之间碰撞、分裂很多次，甚至地球上发生了几次超大陆，地球表面上所有的大陆拼合在一起。

实际上，寒武纪大爆发之前有一个超大陆——罗迪尼亚超大陆（Rodinia）。超大陆裂解以后可能带来气温的变化，地球进入冰河时期，连赤道地区的海洋都被冰冻住了。地质记录表明复杂生命在这之后加速演化。

所以，刚才讲生命演化跟地球本身的演化之间的关系，是我们想努力回答的问题。

  

William：

地球被冻住之后，反而加速了生物的演化？这个有点反常理。

  

朱茂炎：

这个问题现在我们没办法去认证。有一些科学证据表明物种起源本身需要地理隔离，基因在没有广泛交流（也就是隔离）的情况下发生基因突变，在一个独立的生活区里面，变异就会积累。

也许雪球地球时期，在某种极端环境下，比如温泉或者海洋底下的某一个角落有很多孤立的种群，它们在那里进行了很多基因层上的变异。一旦极端环境结束，它的基因再跟其他的种群快速交换，这种现象可能对生命新物种的起源和创新是有帮助的。

  

环境越恶劣，基因越容易发生变化，基因突变不一定是定向的，不知道哪一天适应了环境，就得到了表达，物种可能就创新了。极端的环境对生命演化不一定是一种打击，对整个群体生命进化的过程，可能是一种创新。

地球历史上经过多次大灭绝，大灭绝以后又出现新的物种类型，跟刚才讲的过程是类似的。灾难过后一套新的生态系统、一套新的生物群就出现了。

 

William：

物种大灭绝多因为行星撞击、火山喷发。那么，生物自己在发展的过程中，是否会因为比如过度攫取了某种能源，而造成灭绝？

  

朱茂炎：

地球历史上来看，还没有出现生物主动把整个生态系统毁掉的过程。因为每一个地质时代都有主导的新物种，它适应当时生存环境，维持着系统的平衡，一定是外界作用才干扰了平衡。

很多大灭绝不是生命自身引起的，没有生物自己造成系统崩溃的情况。但是，人类我不确定，人类通过人为或智能的创造，是不是会对整个系统发生毁灭性的破坏？我们没法去预测，但是不排除这种可能性。

  

William：

从过去的5次大灭绝，我们能推算出下次大灭绝在什么时候吗？

  

朱茂炎：

有研究人员认为地球正处于第六次物种大灭绝时期，就是因为人类的出现。实际上有点耸人听闻。

有这样的统计，几千万年来，地球的大型动物灭绝率高达50~60%以上，这个灭绝率非常高，这是个大问题。而且，地球面临灭绝的物种还是非常多的。所以，继续保护这些物种的生存可能是我们人类亟需做的事情，不然系统没法维持平衡。

人类对整个系统的破坏，不仅导致了一些脊椎动物的灭绝，实际上还改造了地球，比如人类耕种农业。实际上，现在地球上的植被超45%都是人工繁殖林或者是农业作物，热带雨林、原始森林的面积占比基本上越来越小了。这本身实际上是脱离了自然的过程，是人类主导了整个系统的变化，还是挺令人担忧的。

从地球或者宇宙的角度来看，人类还是很渺小的，一个病毒就可能引发一场生命灾难。实际上，从历史演化角度看，这种事情发生了多次。

一般来说，最适应的物种反而是最难延续的，因为它对某种环境适应性越好的时候，应对灾难的能力就越弱。

所以，一旦环境发生了变化，延续下来是那些适应性非常广的生命，看起来非常原始的生命力极强的物种。

但站在人类自己的角度考虑，未来不容乐观。

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