物种的灭绝与演化

物种的灭绝与演化地球生命历程中的物种灭绝可以分为两类：常规灭绝和集群灭绝。常规灭绝（normalextinction）也称为背景灭绝，指在各个时期不断发生的灭绝。集群灭绝（massextinction）,指的是，在相当短的时间内出现大规模的生物灭绝，往往涉及一些高级分类单元，如科、目、纲甚至更高级别的生物灭绝，此外，生态上和分类上无关的类群往往近乎同时灭绝。集群灭绝之后往往伴随有适应辐射，因此在生物演化中起重要作用。大约在38亿年前，一个原始的地壳形成，其上布满了湖泊、水池和水洼，混合着火山灰。当时火山活动频繁，大气主要由氮气、一氧化碳、水蒸气和氢气等构成。太阳紫外线辐射强烈，闪电、宇宙射线等提供了各种形式的能量。地球上的各种气体成分之间发生了一系列的化学反应，形成了简单低分子量的有机物。这些简单低分子量的有机物与地表水体相互作用，形成了含有有机化合物的水溶液。这些含有有机化合物的水溶液最终汇集到原始的海洋中，孕育出原始的原核生物。这些原核生物可能是厌氧化学异养型原核生物，也可能是化学无机自养的，以二氧化碳作为唯一的碳源进行硫呼吸（氢被硫氧化产生硫化物）获得能量。随着光合细菌和蓝藻这一类光合自养生物的产生，大气中开始出现氧气。氧气含量的增加，为真核生物的产生创造了条件。大约在19亿年前，单细胞真核生物诞生。大约12亿年前，最原始的单细胞动物诞生。大约10亿年前，高级藻类出现。在距今约5.亿8年前，埃迪卡拉动物群出现。在距今约5.亿年前，埃迪卡拉动物群集群灭绝。在距今约5.4亿4年前，突然出现大量多样性很高的多细胞动物，其面貌与埃迪卡拉动物群迥然不同。人们把这一现象称之为“寒武纪大爆发”（）s寒武纪最显著的特点，就是具有硬壳的不同门类的无脊椎动物如雨后春笋般的出现，这些动物，包括节肢动物、软体动物、腕足动物、古杯动物以及笔石、牙形刺等。它们的飞速涌现，形成了生物大爆炸的壮观局面，带来了生物从无壳到有壳这一进化历程中的重大飞跃。试想，在寒武纪之前，地球上一遍荒寂，海洋中的生物寥寥无几，那时的世界与寒武纪有多么巨大的差异啊。只有到了寒武纪，地球才呈现出欣欣向荣的面貌，而改变地球面貌的恰恰是这些众多的生物。生物从无壳到有壳，给我们带来了两方面的信息，首先是生存环境向更有利的方面变化，寒武纪时浅海面积扩大，海水温暖，含有正常盐分和大量溶解了的碳酸钙，满足了无脊椎动物分泌硬体骨骼的需要；其次，生物具备硬壳后通过变革改变了栖息条件同时增强了自我保护功能，在生存竞争中向有利于自身方面发展。但寒武纪（5.44亿年前至5.05亿年前）时期的动植物只生活在海洋里，陆地上只有少量原核生物。这一时期的代表动物是三叶虫和鹦鹉螺。三叶虫出现后，在整个早古生代（包括寒武纪、奥陶纪和志留纪）都可作为众多生物的代表，它们和许多其它生物一起共同揭开了地球走进生物多样化的序幕，从此，一个欣欣向荣的生物世界才真正出现。晚古生代时三叶虫数量随着门类众多的海洋无脊椎动物的大量涌现而减少，中生代到来时终于绝灭。寒武纪末，无颌类在海洋中诞生，成为最早的脊椎动物。4.亿7年前，绿藻开始移居到陆地的气生环境中；紧接着，真菌类也开始移居到陆地的气生环境中。绿藻与真菌的共生体即为地衣。4.3亿8年前，苔藓植物在陆地上诞生。4亿年前，蠕虫和节肢动物在陆地上生存下来。3.亿6年前，蕨类植物在陆地上诞生。奥陶纪是早古生代海侵最广泛的时期，这为无脊椎动物的进一步发展创造了有利的条件。这一时期，海生无脊椎动物不仅门类和属种大量丰富，在生态习性上也有重要的分异。主要生物种类除三叶虫外，还有笔石、鹦鹉螺、牙形刺动物、腕足类、腹足类等，奥陶纪还出现了原始的鱼形动物无颌类。当时的海洋中，各式各样的笔石随处漂荡，各种鹦鹉螺在四处觅食，三叶虫及腕足类在海百合组成的“丛林”中缓缓爬行，还有许多蠕虫类和节肢动物藏匿在藻丛和泥沙中，一派生机勃勃的景象。谈到奥陶纪就不能不涉及鹦鹉螺，因为这种动物在奥陶纪的海洋中非常繁盛。鹦鹉螺属于头足类动物，而头足类全部生活在海洋中，从浅海到大洋深处，从热带到寒带都有它们的踪迹。如果我们把无脊椎动物称作低等动物，脊椎动物（包括人类）为高等动物，那么头足类就是低等动物中最高极的种类。在生物分类位置上，头足类被称作头足纲，包括乌贼、章鱼和鹦鹉螺等。它们的身体两侧对称，头部极其发达，具有一对锐利的眼睛。之所以称它们为头足类，是因为它们的头和足部全都发育在身体的同一侧，足在头部的口周围分裂成8-1条0腕或触手，能够捕抓猎物、抵御敌害。头足纲属于软体动物门，因此也具有壳，只不过有的种类壳在体外，有的种类壳在体内或者退化消失。头足类具有由头部神经节组成的脑，雌雄异体，因此无论从那个角度来说，头足类都是在无脊椎动物中与众不同、非常进步的生物，它们从寒武纪时就已出现，迅速在奥陶纪发展成为海洋中的一霸。奥陶纪海洋中分布最广的头足类是角石。角石具有坚硬的外壳，顾名思义，角石外壳的形状象牛或羊的角，一般是直的，也可以是弯的或盘卷的。角石从开始发育到最终长成，壳的直径逐渐变大，肉体生长时不断前移并分泌钙质的壳，最后着生在壳体最前部，形成住室。住室后面向壳的尖端一方则形成一系列的气室，气室对角石的升降和平衡具有重要的作用。角石死亡以后，肉体通常很难保存，只有硬壳才能够保存成为化石。角石壳的外表不一定都是光滑的，许多种类壳的表面发育有不同的纹饰，如结节、瘤、各种横纹、竖纹等，体内隔壁、体管等构造也很不相同，它们都是重要的鉴定依据。志留纪（4.39亿年前至4.09亿年前）末，棘鱼类、盾皮鱼类和软骨硬鳞鱼类产生。4亿年前，软骨鱼（最原始的鲨鱼裂口鲨）诞生。泥盆纪（4.09亿年前至3.63亿年前）晚期，肉鳍鱼类进化出早期的两栖动物鱼石螈，标志着脊椎动物由水生向陆生的转变。3.亿5年前，蕨类植物已相当繁茂，两栖动物也得到长足发展。石炭纪（3.63亿年前至2.9亿年前）也因此成为两栖动物和蕨类植物的时代。晚石炭纪，两栖纲进化出爬行纲。石炭纪末期，裸子植物产生。二叠纪（2.9亿年前至2.45亿年前）末，全骨鱼类诞生。三叠纪（2.45亿年前至2.08亿年前）早期，爬行纲发展迅速，并开始重返大洋，鱼龙类、幻龙类和蛇颈龙类在这一时期出现。在三叠纪晚期，恐龙和最原始的哺乳动物出现。侏罗纪（2.08亿年前至1.46亿年前）和白垩纪（1.46亿年前至6500万年前）时期，恐龙发展迅速，演化出多个门类。中生代（2.45亿年前至6500万年前）也因此成为爬行动物和裸子植物的时代。侏罗纪晚期，被子植物和最早的鸟类诞生。大约在30万0年前，南方古猿从哺乳纲灵长目的一支进化而来，并最终进化到今天的人类。其中，奥陶纪末、晚泥盆纪、二叠纪末、三叠纪末和白垩纪末均发生过物种的集群灭绝。4.亿4年前的奥陶纪末期，当时约85的%物种灭亡。古生物学家认为这次物种灭绝是由全球气候变冷造成的。在大约4.亿4年前，现在的撒哈拉所在的陆地曾经位于南极，当陆地汇集在极点附近时，容易造成厚厚的积冰-奥-陶纪正是这种情形。大片的冰川使洋流和大气环流变冷，整个地球的温度下降了，冰川锁住了水，海平面也降低了，原先丰富的沿海生态系统被破坏了，导致了85的%物种灭绝。3.6亿5年前的晚泥盆纪，海洋生物大量灭绝，如无颌类的莫氏鱼、缺甲类甲胄鱼、骨甲类甲胄鱼、异甲类甲胄鱼、花鳞鱼类、盔甲鱼类、盾皮鱼类和切颈鱼类均在这一时期灭绝。这次物种灭绝的原因可能也是全球气温下降和海洋退却。距今约2.亿5年前的二叠纪末期，发生了有史以来最严重的大灭绝事件，估计地球上有96的%物种灭绝，其中90的%海洋生物和70的%陆地脊椎动物灭绝，。三叶虫、海蝎以及重要珊瑚类群全部消失。陆栖的单弓类群动物和许多爬行类群也灭绝了。这次大灭绝使得占领海洋近3亿年的主要生物从此衰败并消失，让位于新生物种类，生态系统也获得了一次最彻底的更新，为恐龙类等爬行类动物的进化铺平了道路。科学界普遍认为，这一大灭绝是地球历史从古生代向中生代转折的里程碑。其他各次大灭绝所引起的海洋生物种类的下降幅度都不及其16，也没有使生物演化进程产生如此重大的转折。科学家认为，在二叠纪曾经发生海平面下降和大陆漂移，这造成了最严重的物种大灭绝。那时，所有的大陆聚集成了一个联合的古陆，富饶的海岸线急剧减少，大陆架也缩小了，生态系统受到了严重的破坏,很多物种的灭绝是因为失去了生存空间。更严重的是，当浅层的大陆架暴露出来后，原先埋藏在海底的有机质被氧化，这个过程消耗了氧气，释放出二氧化碳。大气中氧的含量有可能减少了，这对生活在陆地上的动物非常不利。随着气温升高，海平面上升，又使许多陆地生物遭到灭顶之灾，海洋里也成了缺氧地带。地层中大量沉积的富含有机质的页岩是这场灾难的证明。这次大灭绝可能是由气候突变、沙漠范围扩大、火山爆发等一系列原因造成的。距今1.9亿5年前的三叠纪末期，估计有76的%物种，其中主要是海洋生物在这次灭绝中消失。这一次灾难并没有特别明显的标志，只发现海平面下降之后又上升了，出现了大面积缺氧的海水。距今650万0年前白垩纪末期，是地球史上第二大生物大灭绝事件，约75%80的%物种灭绝。在五次大灭绝中，这一次大灭绝事件最为著名，因为长达140万0年0之久的恐龙时代在此终结而闻名，海洋中的菊石类、鱼龙、幻龙、蛇颈龙也一同消失，同时空中还有翼龙和部分鸟类的灭绝。这一次灾难可能来自于地外空间的小行星撞击和地球上的火山喷发。在白垩纪末期发生的一次或多次陨星雨造成了全球生态系统的崩溃。撞击使大量的气体和灰尘进入大气层，以至于阳光不能穿透，全球温度急剧下降，这种黑云遮蔽地球长达数年之久，植物不能从阳光中获得能量，海洋中的大量藻类和陆地上成片的森林逐渐死亡，食物链的基础环节被破坏了，大批的动物因饥饿而死。这次物种大灭绝最大的贡献在于消灭了地球上处于霸主地位的恐龙及其同类，并为哺乳动物及人类的最后登场提供了契机。自从人类出现以后，特别是工业革命以后，由于人类只注意到具体生物源的实用价值，对其肆意地加以开发，而忽视了生物多样性间接和潜在的价值，使地球生命维持系统遭到了人类无情地蚕食。科学家估计，如果没有人类的干扰，在过去的2亿年中，平均大约每10年0有90种脊椎动物灭绝，平均每27年有一个高等植物灭绝。在此背景下，人类的干扰，使鸟类和哺乳类动物灭绝的速度提高了100-1倍0。0016年0以0来，有记录的高等动物和植物已灭绝72种4。而绝大多数物种在人类不知道以前就已经灭绝了。经粗略测算，40年0间，生物生活的环境面积缩小了90，%物种减少了一半，其中由于热带雨林被砍伐对物种损失的影响更为突出。估计从1990-年2由0于2砍0伐热带森林引起的物种灭绝将使世界上的物种减少5%-，15即%每天减少50-1种5。0在过去的40年0中，全世界共灭绝哺乳动物58种，大约每7年就灭绝一个种，这个速度较正常化石记录高7-7倍0；在二十世纪的10年0中，全世界共灭绝哺乳动物23种，大约每4年灭绝一个种，这个速度较正常化石记录高13-1倍35。以下是一组来自国家环保总局的最新数据：中国被子植物有珍稀濒危种100种0，极危种28种，已灭绝或可能灭绝7种；裸子植物濒危和受威胁63种，极危种14种，灭绝1种；脊椎动物受威胁43种3，灭绝和可能灭绝10种。生物多样性受到有史以来最为严重的威胁。生存问题已从人类的范畴扩展到地球上相互依存的所有物种，许多人都在思考着同样一个问题我们能留给下一代什么？是尽可能丰富的世界，还是一个生物种类日渐贫乏的地球？不断攀升的数字敲响了世纪末的警钟，人类改造世界的美梦蒙上了一层阴影，不少人惊恐地自问：不曾孤独来世的人类，难道注定要孤独地离开？答案也许可以从15年0前一位印第安酋长的话中找到“地球不属于人类，而人类属于地球”。