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《寒武紀大爆發》:本書的目標,是終結對寒武紀大爆發原因的不確定性與推測

文:派克(Andrew Parker)

可能的寒武寒武答案

對於為什麼會發生寒武紀大爆發這個問題,學者專家曾經提出很多解釋。紀大結對紀遺憾的爆發本書標終爆發是,總有強而有力的原因證據反駁所有的解釋:沒有一個解釋能夠禁得起科學嚴謹的驗證。過於簡化的確定解釋,認為寒武紀時期的性與一般環境條件適合演化,也就是推測說,寒武紀只不過是寒武寒武個適合動物演化的吉時良地。環境中包含物理(無生命的紀大結對紀)與生物(有生命的)因素,最近關於寒武紀時代無骨骼動物胚胎的爆發本書標終爆發發現,足以推翻這項相當迂迴的原因論點。

有兩種寒武紀動物——水母及剛毛蟲——的確定卵,比自己祖先的性與卵還大,受精卵裡有相當充裕的推測空間,而且胚胎晚期與成年動物的寒武寒武形狀極為相似,表示完全孵化的寒武紀動物胚胎,有能力融入環境,不需經歷一連串較不成熟的幼年期。由於可以確保子代能夠度過艱難時光,這種直接發育的策略,在現今嚴酷或不可預料的環境條件下常見。

舉例來說,螃蟹卵孵化後,小螃蟹會像移動緩慢的浮游生物,在水中四處漂流。許多魚類可以輕易捕捉這些小螃蟹,當環境艱難時,甚至連這些瘦弱的小東西,都會成為魚類的盤中飧。但如果孵化出來的小螃蟹有能力在海底生活,並且擁有可讓自己隱入背景的色素和體形,就能瞞過掠食者的利眼,順利長成大螃蟹。由於要採取高度發展的孵育方式,雙親必須付出高能量,所以這不是一般的發育方式。寒武紀時期的直接發育證據,或許令抱持這種觀念的人感到驚訝,因為它顯示這段時期的生存條件,畢竟不是那麼合宜。於是「合宜條件」的假設出局。

有些關於寒武紀大爆發原因的解釋,因為誤解了寒武紀大爆發的實質意義,而成為錯誤的犧牲品。許多科學家投入研究,但卻以引人誤入歧途的解釋為基礎,即所有動物門出現自發性演化的主張,試圖揭發點燃寒武紀大爆發的原因。這並不是對寒武紀大爆發的公正結論,也是個被我冠以「引人誤入歧途」之名的解釋。現在我們了解,寒武紀大爆發是所有動物門身體外形的自發性演化,在此之前,所有動物門的內部身體設計,均已設定完成。坦白說,以前的科學家之所以誤解寒武紀大爆發,並非起因於他們本身的錯誤,而是由於我們最近才發現足以了解動物內部身體設計故事的遺傳證據。

目前的證據顯示,前寒武時期的「事件」,即內部身體設計的演化,並非爆發性的事件,而是歷經數千萬或數億年的時間逐步演變形成。這可能是因為前寒武時期的「事件」,關乎動物自先前的型態演化形成另一種型態,與寒武紀大爆發的條件並無密切關聯。前寒武時期的「事件」與其說是爆發,不如說是一波浪潮。寒武紀大爆發可能是在一剎那間發生,但前寒武時期的「事件」則非如此。簡而言之,以前對「寒武紀大爆發」的解釋,實際上是將寒武紀大爆發與前寒武時期的「浪潮」這兩個事件,合併看待。一般來說,浪潮是重要的遺傳事件,而大爆發則多半是受到某些外在因素驅使所致。

後來關於寒武紀大爆發發生原因的研究計畫指出,前寒武時期末期的物理環境條件出現變化。我們已經了解,並非整體環境(物理與生物因素)的變化導致寒武紀大爆發,有些解釋只著重某部分的環境因素。有個解釋是以大氣中的氧氣濃度升高到關鍵濃度為基礎,另一個解釋則立基於大氣中二氧化碳濃度降低的觀點。氧氣和二氧化碳是影響動物呼吸及循環系統的因素,這些系統屬於大部分動物門的內部身體設計,通常對外在構造影響較小。因此,氧氣和二氧化碳的濃度,與寒武紀大爆發無關,但或許曾參與內部身體設計的演化。

同樣也有地質學證據指出,在寒武紀之前的許多時期,地球上的氧氣濃度就曾達到高峰,其中有些證據來自宇宙球粒,即在整個地質時間裡,自外太空墜落地球的小隕石。宇宙球粒含有會與氧氣產生反應的化學物質,它們之間的反應強度,可顯示隕石墜落地球時,地球大氣中所含的氧氣濃度。根據證據,人們發現在寒武紀之前、之中與之後,地球大氣中的氧氣濃度曾達一連串的高峰。

繼續探討相關的化學主題。在寒武紀時期,另一個可能發生變化的物理環境因素,是磷的可利用性。磷有助於磷酸鈣骨骼的發育,磷的濃度增高,可能促使動物發展堅硬的外在構造。但動物外在構造的組成成分,並非只有磷酸鈣,還有其他的化學物質牽涉其中。磷的論點無法解釋這個現象。如同氧氣一般,有證據指出,在寒武紀之前及之中,地球上磷的濃度已達高峰。

另一個導致寒武紀大爆發的物理環境因素,是寒武紀之初大陸棚海域(「淺」水棲息地)的面積擴大。或許是因海水侵蝕全球陸塊,而突然加速形成這種條件。不過大陸棚海域面積擴大的發生時間,遠較寒武紀大爆發的時間早,因此整個系統並未因這個事件,而新添任何變數,地球上的整體環境依然大同小異。

最近對寒武紀大爆發發生原由的解釋,聚焦於與「雪球地球」假說有關的物理環境因素。學者認為,在寒武紀之前,有一段時期整個地球看起來就像是個大雪球。在前寒武時期的某段時間,太陽的熱度可能較現今低百分之六,結果造成氣溫和大氣中二氧化碳濃度降低,使得極地的冰帽日漸增大。冰層將可使地表溫度升高的陽光及紅外線反射出去,因此有愈來愈多的冰層形成,於是地球的溫度也愈來愈低,形成更多冰層的可能性也愈來愈高。


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