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2019-08-11

物種起源以來歷屆地球霸主興衰史

      人類歷史燦爛悠久,然而如果將其與整個地球漫長的歲月相比,卻顯得如此短暫。我們著的這顆美麗的藍色星球,距今已有46億年的歷史了。早在人類文明誕生之前,就已經有許多生靈成為地球的統治者了。
 
      距今大約5億年前開始,地球上出現了一次生命大爆發,也正因如此將地球帶入了顯生宙(之前的冥古宙、太古宙和元古宙統稱為“隱生宙”)的時代。顯生宙之下,人們根據物種的不同特征又劃分為古生代、中生代和新生代。在三大地質時代之下,科學家們又依據不同階段而細化出了12個紀元。下面就讓我們通過了解不同地質紀元的地球主宰,來了解地球上生物的進化歷史吧。

寒武紀:奇蝦、生物大爆炸

      距今5.42億年到4.85億年之間,被科學家們稱為寒武紀,它是顯生宙的開端。此時的地球上,存在一個超大陸潘諾西亞,然而地表絕大多數面積都被海洋所覆蓋,生物孕育其中。在寒武紀初期短短的幾百萬年里,集中誕生了絕大多數無脊椎動物,他們形態各異、種類繁多,出土化石的數量驚人。而在寒武紀之前更為古老的底層中,人們卻長期未能尋得東吳化石,因此寒武紀的這場生物大爆發又被古生物學家稱為“寒武爆發”。
      早期地球上的生物均生長在海洋中,即便是動物們也幾乎是靜止不動的,不同的物種大體上維持一種互不干涉的生存狀態。那時的地球上,偶爾出現某些濾食類生靈,就已經堪稱海洋霸主了。然而進入寒武紀生物大爆發之后,動物之間的生存競爭驟然激烈。或許是因為某些物種突然開葷,又或許是由于太多新物種的出現造成了資源緊張,總之動物們為了生存而紛紛進化。大多數動物均于此時披上了重甲,硬殼類動物第一次大量的出現在了地球上。
      為了能夠更好的捕食獵物,一種名叫奇蝦的動物進化出了在當時而言無比鋒利的爪子。擁有了這雙鋒利的武器,奇蝦在寒武紀的動物爭霸舞臺上所向披靡。同時在奇蝦的嘴巴附近,形成了32個重疊的吸盤結構,能夠在靠近獵物的時候吞食和碾碎它們。如此以來,食物豐盛的奇蝦體型越來越大,最長身型可達2米之巨,成為了寒武紀時代地球上名副其實的霸主。只是在距今4.88億年前,進入寒武紀尾聲時,地球上超過40%的物種突然滅絕了。據科學家推斷,這很可能是因為一個冰河時代的來臨,導致大量生命無法承受溫度的劇烈變化而出現的。

奧陶紀:角石、地殼運動頻發

      寒武紀大滅絕標志著一個紀元的結束,也意味著新紀元的開始。隨著冰河時代的結束,大量融化的雪水流入海洋,導致奧陶紀成為歷史上發生海侵(又稱海進,指的是因海面上升或陸地下降,造成海水對大陸區侵進的地質現象)最廣泛的時期之一。由于寒武紀末至奧陶紀初期,地球上的地質、氣候等環境劇烈變化影響了地球物種的結構。
      早在寒武紀時期,由于奇蝦的肆掠(當時除奇蝦之外的絕大多數物種,身長不過巴掌大小),許多物種只能小心翼翼的生存,同時著重進化更好的防御能力。在此背景之下,角石出現了。不同于當時其他的物種,在角石的進化歷程中,慢慢形成了一種新的體態。它們將自己最為脆弱的肉體藏于甲殼之內,而將殺傷力最強的腕足至于殼外,如此便形成了一種扛著殼體的形態。在角石從出生到成熟的過程中,伴隨著肉體的生長,外殼的直徑逐漸變大。最終在殼體的前部形成寄存肉體的住室,而在殼體后半部到尖端的一方則形成了一系列儲存氣體的氣室,氣室的存在有助于幫助角石在水中更好的升降和平衡。
      不同于奇蝦內部種類的體態相對統一,角石的形狀千姿百態。有的殼體如同圓盤一樣,身長也僅有2.5厘米左右;有的殼體筆直,身長亦可達到15厘米的樣子;還有的角石身形巨大,捕殺體長1.8米的海底小霸王巨型羽翅鱟,都顯得輕松無比。這后一種角石種類,名叫房角石,體型足足有9米之長,是奧陶紀海洋中當之無愧的霸主,就連前任霸主奇蝦在它面前都只能淪為食物了。奧陶紀時期,鰻魚和原始魚類開始出現,珊瑚、三葉蟲、原始章魚等歷史上赫赫有名的動物同樣誕生于此時。然而在奧陶紀末期,尤其太空中的伽馬射線破壞了臭氧層,導致紫外線輻射摧毀了大部分的動植物,進而造成地球上超過60%的生物在此次事件中滅絕,地球生態鏈由此迎來新的洗牌。

志留紀:板足鱟、植物登陸生長

      進入志留紀時代,海生無脊椎動物仍然占據重要地位。然而經過了奧陶紀末期大滅絕事件后,長期處于海洋生物底層的鱟類迎來了自己物種的春天。這些不同物種的鱟同屬于板足鱟類。作為志留紀時期的地球霸主,板足鱟在寒武紀時期只能隱藏自己弱小的身軀,以躲避奇蝦的捕獵。進入奧陶紀時期,板足鱟進化出了更為堅硬的鎧甲,并且前端雙足形成了十分尖銳的利鉗。更為重要的是,板足鱟的附肢已經在海生動物中率先完成了運動化與呼吸化的隔離,這促使它們在海洋中要更加靈活。
      板足鱟的進化,導致奇蝦再難如從前一樣捕食它們,并進化出了巨型羽翅鱟這一身長1.8米的物種。然而縱觀整個奧陶紀,長達9米的房角石才是更占優勢的存在。在前后三千萬年的奧陶紀時期,板足鱟始終被房角石壓制而難以抬頭,直至志留紀時代的來臨。由于遭到了角石的壓迫,板足鱟再度進化,出現了體長3米的廣翅鱟。巨大的身形、堅硬的外殼、鋒利的雙鉗和靈活的附肢,使得廣翅鱟被古生物學家冠名以“帝鱟”的尊號,奈何由于腦力發育缺陷,最終消亡了。原來在廣翅鱟肆虐的歲月里,海洋中生活著一群身長僅10多厘米的族群,名叫鸚鵡螺。雖然與廣翅鱟相比,鸚鵡螺的身材要渺小許多,但是它們特別喜歡偷吃廣翅鱟的卵。更為要命的是廣翅鱟不僅不能有效的保護自己的子嗣,反而和鸚鵡螺一樣,同樣喜歡食用同類的卵。就這樣廣翅鱟被自己玩死了,但是其他板足鱟卻借助了奧陶紀末大滅絕的機遇開始騰飛了。
      在奧陶紀大滅絕期間,地球海面起伏劇烈,這對運動能力奇差的角石不利,卻十分適合靈活善動的板足鱟。趁此機會,板足鱟飛速進化,并發展出體長超過三米的翼肢鱟,將曾經的天敵角石變成了自己的獵物。頗為讓人稱奇的是,正是在志留紀期間,板足鱟開始逐步入侵陸地,成為海生動物的拓荒者。同樣是在志留紀時期,植物種類中的綠藻也開始了征服陸地的步伐。到了志留紀晚期,有頜魚類的崛起與植物登陸一道成為志留紀最為重要的生物演化事件,同時也正是有頜魚類的大規模出現,對板足鱟類造成碾壓式打擊,所幸經此浩劫之后依舊留存有部分板足鱟品類。
      志留紀晚期,動植物競相登陸的原因很有可能是由于大氣層中的氣體成分(主要是氧氣和二氧化碳的比例)發生變化,這同樣造成了大約距今4.2億年前的氣候變化,并導致了差不多30%的地球物種滅絕。

泥盆紀:鄧氏魚、海西運動

       到了4億年前,泥盆紀開始了。在這一時期,魚類繼續進化。他們一方面在海洋中開疆擴土,逐步碾壓了包括三葉蟲(這是一種寒武紀就已經存在的海生物種)在內的眾多族群;另一方面,它們其中的某些魚類的鰭開始逐步演變成堅硬的翅片,促使其擁有足夠的能力爬行到陸地,并成為爬行動物和兩棲動物的祖先。
      為了能夠與志留紀霸主板足鱟抗衡,有一種魚類針對它而進行了全面進化,它就是鄧氏魚。比如為了抵御板足鱟鋒利的雙鉗,鄧氏魚進化出了堅硬無比的外甲,其甲胄的密度遠勝先前所有物種,故而讓板足鱟的武器在它們面前形同虛設。由于驚人的防護能力,泥盆紀時期的鄧氏魚幾近于無敵,開始逐步擠壓板足鱟的空間,并迅速發育成為體長可達11米、足足有4噸之重、咬合力高達5噸(相當于霸王龍的1.7倍)的頂級掠食型動物。鄧氏魚的是泥盆紀時代最大的海洋獵食者,被科學家們冠名以“恐魚”的尊號。
      到了泥盆紀晚期,發生了一次大規模長時間的物種大滅絕。縱觀整個泥盆紀晚期至石炭紀交接之際的大滅絕事件,呈現出兩個高峰。第一個發生在泥盆紀晚期法門階的早期,第二個則出現在泥盆紀和石炭紀交接之時。兩次高峰間隔100晚年,前后總計持續了兩百多萬年甚至更長時間。這次大滅絕事件導致地球上78%的海洋物種滅絕了,迫使更多的物種登陸。最早的陸地脊椎動物海納螈就是在此時登上了陸地的,而它正是人類和其他四足動物的祖先。

石炭紀:昆蟲、蕨類植物繁盛

      在鄧氏魚稱霸地球的年代里,不論是板足鱟還是角石,它們的甲殼在鄧氏魚頜骨驚人咬合力之下均宛若脆皮一般。所幸的是早在志留紀時期,便有部分板足鱟物種探索陸地,漸漸的在淺水和陸地上得以茍延殘喘,而海洋則徹底淪為鄧氏魚的獵場,甚至許多時候鄧氏魚為了爭奪水域會在同族之間展開廝殺。龐大的身軀、超強的防御和驚人的咬合力,共用構成了鄧氏魚這一恐怖的殺戮惡魔。然而隨著泥盆紀末地球海西運動的加劇,大量地震和火山運動產生了各種噴巖漿。許多魚類都被海底巖漿燒死或毒死了,即便活下來的物種,許多也因海水缺氧而悶死了。
      不可一世在鄧氏魚在大滅絕事件中退出了歷史的舞臺,海洋物種慘遭重創,這給了陸生物種以絕佳機遇。進入石炭紀之后,泥盆紀時代隨處可見的魚類退出主流,活躍在海洋中的變成了身長渺小的菊石。然而真正開始稱霸地球的,其實是昆蟲族群。板足鱟再度成為地球上的頂級物種,這得益于部分板足鱟爬上了陸地的努力,進化出可以海陸兩棲運作的巨型古廣翅鱟。此時的板足鱟變得更加適應陸地了,在海洋中其實遠不如它們當年的祖先。可是經歷了浩劫后的海洋也沒有多少它們的天敵了,只是板足鱟并非石炭紀唯一的主宰。
      隨著植物開始大量從海洋走上陸地,并且逐步演化出木質化的維管組織(蕨類植物大量出現)。大量的碳元素被固定在植物的木質殘骸之中,逐步沉淀形成化石和煤炭能源,這便是石炭紀名稱的來源。之所以會造成大量碳元素被固定木質之中,是因為當時的生物鏈中并未出現能夠分解這些物質的生態物種。正是由于大量碳元素被深埋地底,才導致大氣層中的二氧化碳含量急劇降低,相應的也促使空氣中的氧氣含量急劇攀升。高濃度的氧氣孕育出了巨脈蜻蜓這種翼展95厘米的大型昆蟲。這種蜻蜓時速最高可達60千米,既制霸空中,又俯覽陸地捕殺獵物,堪稱石炭紀時期的雄鷹。
      與板足鱟和巨脈蜻蜓共同稱霸地球的還有遠古蜈蚣蟲,這種昆蟲牢牢的制霸陸地,雖與當今蜈蚣的形態頗為相似,但卻兇猛無比。石炭紀的地球霸主不論是往前還是往后比較,都要脆弱的多,它們能夠存在也只是依托于當時濃厚的氧氣密度。在距今3.05億年前,冰河時代再度來臨,這導致大量熱帶雨林消亡,二氧化碳跌入地球有史以來最低比重,氧氣含量持續增加,甚至一度高達45%。如此高比重的大氣層含氧量是極度危險的,因為氧氣是一種極其易燃的氣體,隨著冰河時代的結束和氣溫的持續回暖,災難發生了。

二疊紀:引螈、盤古大陸

      由于地球大氣層的高度富氧化,導致在氣溫回暖達到某個臨界點時,整個地球都被點燃了,高濃度的氧氣助長了火勢,一燒就是三十年。燃燒所帶來的有毒氣體,持續禍害近萬年。這場大火也導致石炭紀時期依靠高度氧氣含量而發展起來的眾多物種滅絕或進化成更為渺小的體型。巨型昆蟲慘遭烈火洗地,然而板足鱟卻依舊存活了下來。只是進入二疊紀之后的板足鱟再難重振當年的雄風了,由于過早的將附足進行行動和呼吸的絕對隔離,此時的板足鱟再難有潛能可以挖掘,進化方向大體定型。厚重的甲殼導致它們步履蹣跚,在陸地上難以與二疊紀的爬行動物爭鋒。此時的海洋魚類再度興起,淺水則被兩棲和爬行動物所占據,因此這支板足鱟就此滅絕了。只是早在寒武紀時期,就有一支板足鱟旁支另辟奇徑,在漫長的佛系進化中一路延續到了今天,這便是蜘蛛。
      早在石炭紀中后期,巨脈蜻蜓就遭遇到了自己的天敵,爬行動物引螈。然而在石炭紀末大滅絕事件中,它們與巨脈蜻蜓一樣遭到烈焰焚燒。所幸在機緣巧合之下,留存了部分火種,并在地球生態漸漸恢復平穩之后,走上了王座。就外形整體而言,引螈身體長1.8米、四肢粗壯、底盤偏低、頭骨巨大,與鱷魚十分酷似。只是引螈成為地球主宰的時間,只存在于二疊紀很短的一個區間,此后不久便被趕下了王座。因此引螈的身上遍布鱗甲,皮膚中擁有許多骨質小結節可以構成防護甲以防御其他食肉動物。異齒龍正是引螈需要防范的重點,它們也是二疊紀期間統治大陸時間最長的物種。
      在地質史上被稱作“異齒龍”的物種有兩個,其中一個存在于侏羅紀時代,另外一個便是二疊紀的主宰。雖然被冠之以“龍”,但是這一異齒龍不僅不是爬行動物,反而與哺乳類關系更為接近。在它們背上進化出高大的背帆,這有助于異齒龍在干旱炎熱的二疊紀調節自身的溫度。與陸地上霸主爭奪如此激烈形成鮮明對比的是,二疊紀的海洋依舊處于生態破壞和恢復的循環之中,未能形成較為強勢的捕獵者。進入二疊紀末,海洋中再度發生大滅絕事件,并導致95%的海洋生物就此消失。從今天的研究角度推論,很有可能是地球生態圈為了應對陸地動植物的大規模繁盛而進行的一次自我調節,即形成更加合理的大氣層比例和更完善的生態鏈,用今天的話來說,就是“溫室效應”。正是在二疊紀時期,曾經分離的地球不同板塊又一次構成一個整體,被稱為“盤古大陸”。

三疊紀:恐龍時代1.0、裸子植物

      進入二疊紀晚期,正當異齒龍驅逐引螈而成為地球霸主之時,一個與異齒龍一樣與哺乳類關系密切的物種開始崛起。麗齒獸的出現為整個二疊紀增添了幾分絢麗,促使地球主宰的位置再度易手。它們擁有極其鋒利的犬牙,是后世所有哺乳動物犬齒的淵源所在。可是隨著二疊紀末期“溫室效應”的出現,全球快速變暖導致森林消亡,地表土壤系統崩潰、氧氣濃度下降引發大量生物由于缺氧而死亡。幾乎在氣候變暖的同時,地球上又發生了西伯利亞地盾事件。科學家懷疑是由于隕石撞擊火山而引起的,麗齒獸在這次災難中滅絕了。
 
      到了三疊紀之后,一種叫做犬頜獸的物種趁著曾經的諸多王者滅亡的空隙,走上了地球的王座。與引螈、異齒龍和麗齒獸相似,犬頜獸同樣是一種與哺乳類關聯緊密的物種,曾被科學家稱之為“半龍半獸”。而此時的海洋霸主是旋齒鯊,它同樣是在周圍一系列曾王者滅絕之后得以制霸海洋的。只是不論是犬頜獸還是旋齒鯊,沒有通過拼殺,而是通過撿漏的方式上位的物種,終究缺乏進化的動力,使得王座之位難以持久。
      三疊紀中期,恐龍開始崛起,旋齒鯊遭到魚龍毀滅性打擊;陸地上犬頜獸遭到各類崛起后的恐龍屠戮,最終滅族。恐龍的出現和崛起,描繪下了生物進化史上最為濃墨重彩的一筆。而哺乳類的祖先亦于此時趨于成熟。到了三疊紀末,盤古大陸即將分裂,軟流圈的巖漿活動異常劇烈,在其中形成巨大壓力,最終巖漿噴涌而出。地球上頻繁的地殼運動和火山活動徹底再度改變了空氣的組成。在整個三疊紀期間,裸子植物不斷擴展和繁盛,為恐龍時代做好了準備。

侏羅紀:恐龍時代2.0、鳥類誕生

      崛起于三疊紀時期的恐龍,進入侏羅紀時期已經迅速稱為地球的統治者。充裕的植物為恐龍的演化提供了優越的條件,從三疊紀時期的南十字龍開始,陸地上先后出現了的迷惑龍、梁龍、腕龍等。水中的魚龍和天空中的翼龍同樣于此時大量發展和進化。
      整個侏羅紀,物種都在不斷的繁盛狀態。裸子植物中的蘇鐵類,松柏類和銀杏類極其繁盛,豐富和壯大了地球上的森林植被,同時也為大量食草性恐龍提供了充足的糧食,促使他們進化的越來越巨大。同時部分體型較小的恐龍為了保暖或者好看(或者說是交配)身上進化出了羽毛。初始的羽毛遍布全身,并且酷似軟管,只是在隨后的進化中經過了柔軟絨毛的階段后,最終才變成了扁平的羽毛。侏羅紀時期,正是這些身材輕盈的恐龍逐步進化,并最終展翅翱翔、飛向了天空,這便是鳥類的祖先。

白堊紀:恐龍時代3.0、被子植物

      相較于先前幾次紀元末期的大滅絕,侏羅紀大絕滅的威力要弱小的多,并且主要集中在海洋當中(大約僅有20%的海洋生物滅絕了)。這就使得恐龍、鳥類、裸子植物等在侏羅紀時代繁盛起來的陸空生物,到了白堊紀之后進一步發展壯大。正是在白堊紀時期,恐龍的種類達到了極盛,其中在陸地上最為兇猛和著名的就是霸王龍。而當時制霸海洋的同樣屬于爬行動物,其中混龍類的上龍和海生蜥蜴類的滄龍身長可超過15米。至于空中則繼續由翼龍族群所主宰著,然而鳥類的優勢也越來越明顯。
      白堊紀時期,地殼運動依舊在持續,海陸板塊加速變遷,這導致整個地球生態都處于不穩定狀態。從侏羅紀到白堊紀中前期,裸子植物和少量的蕨類植物是最為繁盛的植物,而這兩類植物是原始的三碳植物。這種植物的導管和纖維分化的尚不完全,因此光合作用的效率也遠不如后來出現的四碳植物(主要是指被子植物)。與此同時,正是由于三碳植物的木質化程度低,卻特別容易被動物消化吸收,故而促使恐龍等一系列以此為食的動物進化出龐大的身軀,繼而導致許多食肉型恐龍也相繼巨型化。
      裸子植物和部分蕨類植物的繁盛,給食草型恐龍提供了十分優質的能量來源,并促使當中的許多族群為了更為高效的獲取食物,退化了咀嚼功能,轉而進化出驚人的頸部以極低的耗能進食。另一方面,在蜥腳類恐龍(包括由它們進化形成的鳥類)身體里,擁有一套十分有效的呼吸系統,即肺部特殊的氣囊結構能夠促使它們在呼氣和吸氣之時,均能吸收氧氣進入肺部。這種結構的肺部呼吸方法,被稱為“雙重呼吸”,其攝取氧氣的效率是哺乳動物的2.5倍。如此高氧氣濃度的空氣、豐富的三碳植物共同促使恐龍愈發龐大,并建立起來了十分穩固的地球霸主地位。
      到了白堊紀晚期,一方面鳥類逐步驅趕翼龍,逐步占據了天空的優勢;另一方面隨著隕石運動、火山地裂等地質現象造成氧氣含量的下降和大量揚灰,嚴重影響了植物的生長,促使以被子植物為代表的四碳植物憑借更為優越的光合作用脫穎而出,逐步占據了陸生植物的霸主地位,徹底擊敗了對手。在這場白堊紀末地球環境的驟變中,來不及適應的巨型恐龍們迅速被擠出生態圈,被淘汰出去了。

新生代:哺乳綱崛起、被子植物

      白堊紀末大滅絕事件中,由于大氣層成分構成和主體植物種類的變化,造成了包括恐龍在內的大量巨型動物慘遭滅絕。其中作為恐龍近親的鳥類卻憑借輕盈渺小的身形得以存活,同樣幸存下來的還有在恐龍面前如同螻蟻一般的哺乳動物。隨著古近紀的到來,中生代宣告結束,新生代來臨,哺乳動物崛起逐步占據了整片陸地,甚至還出現了在天空飛翔的蝙蝠類和重新適應海洋的鯨類。
      被子植物和哺乳綱動物的崛起于古近紀,并形成了大體和今天相似的生態構筑,到了新近紀時期,地球上的生物界總體面貌與現代更加接近了。哺乳動物和鳥類仍然占據主導地位,靈長類動物于此時逐步發展壯大,并在新近紀末期進化出人類的祖先。此時相當一部分的哺乳動物延續了諸如奇蝦、鄧氏魚和恐龍等地球霸主的步伐,走上了體型巨大化的道路,比如猛犸、劍齒虎、乳齒象和雕齒獸等等。由于較冷的氣候到來,許多熱帶植物逐漸被落葉森林和草地所取代,成為植物在寒帶陸地的主要生物。草類的出現和多樣化發展,進一步促進了食草類哺乳動物的進化,并誕生了諸如馬牛羊等許多今天的常見食草動物。
      進入第四紀之后,地球上先后經歷了四個冰河期和間冰期(兩段冰期之間相對溫暖的時期)。此時許多巨型哺乳動物由于氣候和食物的變化而相繼滅絕了,但人類的祖先卻于此時開始披荊斬棘、履步堅冰的開啟了自己的時代。
      縱觀人類之前的歷代地球霸主變遷的歷史,我們可以較為詳細的了解物種進化和地球生態圈的發展脈絡。地質運動、氣溫變化和食物演變都可能構成一代霸主崛起或衰亡的關鍵因素。地球物種幾億年的演變史,或許與人類文明進程一樣,對今天的人們產生許多深刻的啟示。