不可逆结构——论自然和人类社会的进化（上卷）（57）

十二、寒武纪生物大爆发（1）

在寒武纪到来之前，地球早已经形成了，只是在几十亿年的漫长过程中一片死寂，那时地球上还没有出现门类众多的生物。从35亿年前到5.7亿年前这段时间内，地球上没有动物，没有植物，只有单细胞微生物，地球正在为孕育更复杂的生命形态做准备。此时细菌和蓝藻非常繁盛，这段时间被称为地史时期的菌–藻类时代，而科学家们则把寒武纪之前这一段漫长而缺少生命的时间称作“前寒武纪”。前寒武纪虽然占据了全部地史时间的八分之七，但由于没有足够的生物依据，我们对地球的这段历史知之甚少。在距今20亿年的时间，地球氧气含量增至大气总量的1%，这时真核细胞开始出现了。真核细胞的出现是生物进化史上一次大的飞跃，它可能依靠吞噬古细菌而形成了细胞内的细胞核、线粒体和叶绿体。除细菌和蓝藻植物的细胞以外，所有的动物细胞以及植物细胞都属于真核细胞。真核细胞构成了植物、动物、原生动物和真菌等生命类型，它们进行有氧代谢，包括真核细胞的分裂都离不开氧。真核细胞和原核细胞组织结构的差异，意味着它们在进化过程中出现了结构上的分化，分化在“氧气大浩劫”的压力下形成的。真核细胞通过“呼吸氧气”来获取能量，这种方式比最简单的生命形态通过发酵获取的能量多出20倍。典型的发酵作用分解一个糖分子只能获得两个ATP分子；而使用氧的呼吸作用每分解一个糖分子可以产生36个ATP分子。如今，植物的光合作用和动物的呼吸作用形成了地球生物圈物质和能量的“大循环”，二氧化碳、水和氧气不断地被循环使用并相互转化。这是有机物质在获取物质和能量方式上的一次重要创新。当能量转换效率大幅提高后，就意味着结构的进化会出现质的飞跃。因为不可逆结构的进化效果主要体现在内部构造的复杂性、有序性持续地增加，这就对能量的供应提出了更高的要求。失去了物质和能量的供应，结构就会发生退化。

随着真核细胞藻类的出现，藻类出现了空前的繁荣。单细胞藻类数量剧增，这就促使它们向群体和多细胞的形态进化。当细胞大量的聚集在一起组成了群体时，细胞间就开始出现了分工。真核细胞和多细胞藻类的出现大大加速了地球物种多样化的产生，并且大大提高了细胞的生存能力。劳动分工是生命体的又一次伟大的创新，有的细胞专司联络，有的细胞专司营养，细胞间开始出现了信息传递，这样就出现了初级的专门化分工。专门化提高了藻类多细胞的生存能力，形成了共生的关系。细胞向着更复杂的构造迈出了不可逆的步伐，细胞之间的关系被紧密地联系在了一起。多细胞组织第一次展现了群体分工的意义，一旦加入了分工合作的群体，单个细胞也就失去了独自生存的能力。

地球上单细胞动物的产生，很可能是由单细胞藻类进化而来的。因为早期的动、植物的界限是很难区分的。由于气候变暖，海水中真核单细胞藻类大量繁殖，竞争剧烈，促使有些藻类充分利用细胞内的叶绿体进行光合作用，不断增强自身制造营养物质的能力，久而久之，细胞内的动物机能逐渐丧失，慢慢成为真正的植物；有些藻类为了生存，不断运用其运动的能力，占据有利位置，甚至在危急的情况下，吞噬其他弱小的原核细胞蓝藻为食，长此以往，植物机能逐渐失去，相反运动技能、消化机能得到加强，终于成为单细胞的原生动物。单细胞动物的出现是地球生物史上划时代的重大事件。生命的进化在关键的时刻出现了结构的分化（进化路径的分离），这是生命在适应自然环境时所作出的选择，在以后生命进化的历程中经常会发生这种情况。进化必然面临选择，选择则意味着分化，生命以不同的方式适应着生存环境，从而培养出某种特殊的生存技能。生命体在随环境变化作出调整时，可能仅仅因为周围环境的微弱差异而作出了不同的选择，细微差异的逐渐累积最终导致它们未来的生存方式迥异，进而造成了进化路径的偏差越来越大，而且不可逆转。

前寒武纪时期的最后一个阶段被称作“埃迪卡拉时期”，世界各地许多在5亿4200万年前到6亿年前之间的软体无壳动物化石，被称为埃迪卡拉动物群。这一时期，地球上出现的生命形态已经从最初的原始单细胞生物进化为各种各样、令人惊奇的生物。埃迪卡拉动物群主要由类似水母类、蠕虫类、海鳃纲的生物所组成。虽然它们的形态、结构都很原始，大多为扁平状，一般只有几厘米，个別可达1米以上，都是沒有骨骼的柔软躯体，与后来发现的寒武纪生物群有很大的不同，但它们被认为是20世纪古生物学最重大的发现之一。埃迪卡拉生动物群的出现像生物大爆发的一次预演，也可以看作一次突发事件，这些长相古怪、体态柔软的生物根本不属于现存的任何一个物种，它们更像是寒武纪生物大爆发前的一次失败的生物进化过程。这有点像在智人之前出现的尼安德特人，最终在人类进化过程中消失了。

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