远古时代的遗书

本刊编辑部

石头不会自己活动也不会说话，平时我们也不会注意到它们，但实际上，它们却是详细记载着地球历史的情报源。如果我们细细观察，可以从中获得许多知识。过去的地球是什么样?生物是如何进化的?本期特别关注，就让沉默的石头，来为我们讲述地球发展的46亿年的故事吧。从中，我们还可以了解到生物起源的故事呢!

1原始地球是一些陨石和尘埃

我们所居住的地球，已经有46亿多岁了，谁能想到，它最初的构成材料是一些“陨石”呢!原始的地球是由细微的宇宙尘埃和陨石聚集形成。不久，尘埃和陨石的数量越来越多，其热量也慢慢积聚。随着中心温度的升高，中心部位逐渐形成岩浆状态。在此期间，地核、地幔、地壳等内部结构也逐渐形成，大气和水也出现了，于是地球诞生了。

坠落到地球上的陨石，大致可分为石陨石和铁陨石两大类。其中大多数是石陨石，也就是从宇宙中飞来的岩石，其组成与地球最深处的地核的成分相似。因此，如果把陨石和地球古岩石进行比较，我们就可以知道地球是如何产生的，了解地球初期的状态。

地球上最古老的岩石是什么时候形成的呢?在北极的格陵兰岛，人们发现了40亿年前的变质岩，于是有人认为最初的岩石也许就是在那时候形成的。但是经过分析，在该岩石的组成成分中发现了骨骼的组成成分——磷灰石的结晶，再进一步仔细研究其成分元素，人们发现这些元素很可能是由生物产生的。因此，这证明了当时已经有某种生物存在了，也可以说是最古老的生命痕迹。

从地球诞生的46亿年前到40亿年前的冥王代时期，地球是什么模样的?由于能成为这个时代线索的岩石还没有被发现，所以迄今为止我们还不了解这个年代。但随着40亿年前的岩石被发现，我们对生命存在的了解也开始逐渐深入。

2探索生命的诞生

这些看上去呈层状或是圆花菜状的奇怪石头叫“层叠石”。它们是蓝藻细月包(无核的原核细胞，也叫做蓝菌)分泌的碳酸钙堆积而成的，也可以说是它们由蓝藻类形成的生物岩。蓝藻是地球上最早的以细胞形状存在的生命。

层叠石从前寒武纪时期到古生代，分布在地球各地。最古老的层叠石是在澳大利亚和加拿大北部发现的，距今约有35亿年的历史。实际上，最初人们很难确定这种岩石是由藻类植物形成的还是自然形成的。直到1954年，在澳大利亚西岸的哈美林池海湾处发现了现代的层叠石，并且已确认这些层叠石是由蓝藻类形成的。由此人们认为前寒武纪时期的层叠石也同样是由生物活动而形成的。这个发现使得细菌和菌类等原核细胞的出现至少要提前到35亿年前。

海水中的氧，20亿年前就有了

形成层叠石的蓝藻细胞分泌出碳酸钙的同时，在海水中释放出大量的氧。不久，海水中积聚的氧就和铁化合形成氧化铁，逐渐堆积形成铁矿层。在这样的环境下，到了20亿年前，出现了各种各样的菌类，以铁为营养成分的噬铁细菌也得到繁殖，形成了更高层次的条状铁矿层。

世界上最早发现的条状铁矿层在北美的五大湖北岸，它大约形成在19亿年前。坚硬的铁矿层延绵150千米，它也因为最初是由生物形成的矿床而受到关注。从这里开采的条状含铁硅岩中，发现了以噬铁细菌为主的许多菌类化石。这标志着，蓝藻细胞释放出的氧在20亿年前的海水中已经积聚到了相当的含量。

到了10亿年前，大气中由海水中转移来的氧的含量增加，大约6亿年前，臭氧层形成，阻隔了部分来自太阳的紫外线，形成了与现在基本相同的大气成分。如此巨大的环境变化，是有核细胞得到进化、前寒武纪时期结束并出现大型生物的主要原因。

3大型生物出现的记载

距今约6—8亿年前，地球气候处于寒冷时期，世界各地被冰川所覆盖。在这个时期的冰川形成的堆积层上(约6亿年前的地层中)，发现了大量的大型生物化石。1947年，澳大利亚富林德斯山脉的埃迪卡拉山丘的砂岩层中发现的水母类化石，成为地球上最古老的大型动物的证据。

埃迪卡拉化石群中发现的生物其特点都是无硬壳的软体细胞结构。

在前寒武纪时代末期的海洋里，很可能栖息着大量的类似海腮和水母等的大型生物。在此后的调查中，俄罗斯乌拉尔地区和北海沿岸、中国大陆等地，与埃迪卡拉同时期的地层中也发现了无硬壳的大型生物化石，这意味着这一时期是大型生物出现的时期。

但是，至今还有许多谜团没有解开。首先一个问题，为什么经历了冰河期会出现大型的生物?冰河期的环境变化一定给生物带来了某种巨大的影响。那么受冰河影响，海洋温度和成分是如何变化的呢?这个时期，为什么原本是单细胞的生物演变成了多细胞的?遗憾的是，这些问题到目前为止科学家还不能解释。另外一个问题是，为什么无骨无壳的软体细胞会变得如此巨大?虽然对此有专家认为是它们的蛋白质很强韧，所以可以以化石的形式被残留下来。但这一说法还有待确认!

“虾”也曾是海洋霸主

古生代初期，到了5亿4000万年前至5亿年前的寒武纪，终于出现了硬壳生物。“勃捷斯页岩”向我们讲述了这戏剧性的进化故事。

最早发现硬壳生物的痕迹是在20世纪初期，美国的古生物学家沃尔科特在加拿大的勃捷斯山顶，发现了极其珍贵的硬壳生物化石。在海拔超过2000米的高地上的寒武纪页岩层中，发掘出了大量的三叶虫祖先、硬壳动物、多足的节肢动物的化石，证明了这个时期出现了种类繁多的动物。

此外，近几年来，在我国云南省的澄江也发掘出大量的，与勃捷斯同时期的化石，以原始的节肢动物为主，有100种动物。其中具有神经、口、消化道的动物化石受到关注。据说这是现在的文昌鱼和八目鳗的祖先，是最初的脊椎动物。

更令人惊奇的是，肉食性节肢动物奇虾的存在。奇虾体长1～2米，圆形的口器周围长着能咬合的牙齿，以捕捉三叶虫等其他动物为食。身体的一节一节可以像蝶泳一样弯曲，以霸王的姿态在海中来回游动。可以说奇虾的存在就像中生代的恐龙一样，它处于当时的食物链金字塔的顶端。它可以说是我们目前已知范围内最早的肉食性节肢动物。

根据这些勃捷斯和澄江出土的化石，我们逐渐明白了寒武纪时期动物的形状和多样的生态。在此期间，动物界出现了大爆发般的进化，生态系变得更为复杂。而且，我们现在的生态系原型也被认为是在那个时候出现的。

小壳动物化石

有壳生物并不是某一天突然出现的。如果用显微镜观察6亿年前的埃迪卡拉时期和5亿3000万年前的勃捷斯时期中间这段时期形成的特殊岩石，可以发现其中有大量的带有石灰质硬壳的十分微小的生物化石。这些看上去像小贝壳一样的化石被称为是“小壳动物化石”，在世界各地都可以见到。

事实上，这样的小壳动物十分稀少，但在埃迪卡拉的初期也已发现。或许，从那时开始，有壳的小生物已渐渐出现，慢慢地演变成

硬壳的机能特征。

最早的陆地生物是什么?

最早从海洋发展到陆地的生命不是动物而是植物。最古老的陆生植物化石是在欧洲的志留纪地层中发现的石松类。在接下来的泥盆纪，大型的木本蕨类植物十分繁茂，它们的遗体堆积起来，经过漫长的岁月形成了石灰层。

另一方面，志留纪的末期，鱼类和节肢动物也开始向陆地迁移，从泥盆纪到石炭纪，鱼类逐步向两栖类进化。而爬行类是在更往后的古生代末期，二叠纪以后才出现的。动物进化需要经历漫长得惊人的时间。

5石灰岩记载着“曾经沧海”

在各种各样的岩石中，有些是由生物形成的，有利于我们的生活。其中的代表之一就是“石灰岩”。

石灰岩有两种形成方式：一种是海水中的磷酸钙化学沉淀而成的化学岩，另一种是生物的分泌物和残骸等形成的生物岩。这里介绍的石灰岩就是生物岩，其特征是岩石中含有的生物形态清晰可见。

石灰岩的地层被酸雨侵蚀，经过长年累月形成了各种各样的奇特的岩石和特殊地形。其典型就是我们熟知的钟乳石和斗淋等喀斯特地形。从这些地方大量出现了珊瑚和纺锤虫之类的化石。由此证明，古生代末期，生活着大量的与现今的珊瑚礁和纺锤虫相近的生物和腕足动物。

我国云南省的石林就是典型的喀斯特地貌。那里的石灰岩被侵蚀形成石林的地形。在这里，科学家发现了大量石炭纪和二叠纪时期的腕足类化石。也就是说，这里在古生代也曾经是海底。

生活中的石灰岩

石灰岩里有些物质与我们的生活息息相关。建筑用的大理石就是由石灰岩变来的。如果你身边有大理石制成的物件，请仔细观察一下它的断面，也许你就会发现在美丽的石纹中混有小的生物化石。

6喜马拉雅山的形成

从中生代到新生代，地球各地都发生了造山运动，在大约3000万年前至2000万年前达到顶峰时期。海洋板块移动，与大陆板块碰撞，地层发生褶曲，一部分地层隆升起来。现在的喜马拉雅山脉和阿尔卑斯山脉、安第斯山脉、洛基山脉等世界屋脊就是在那时形成的。

在这些高山的山顶附近，科学家一个接一个地发现了生活在中生代白垩纪海洋中的菊石和贝类的化石。这也说明了，数千米的高山也曾经是海洋的海底。对从喜马拉雅山和阿尔卑斯山发现的化石进一步分析，发现它们基本上是同时代的。这也证明了这两处的山脉大体上是在同时期形成的。

从石头中，我们已经了解了很多很多地球发展的故事，但对这部已有几十亿年历史的“遗书”来说，解读仍在继续……

200年，永远的达尔文

查理士·达尔文于1809年2月12日诞生在英国的一个小城镇。他以博物学家的身份，参加了英国派遣的环球航行，做了5年的科学考察。在动植物和地质方面进行了大量的观察和采集，经过综合探讨，形成了生物进化的概念。1859年出版了震动当时学术界的《物种起源》。书中用大量资料证明了形形色色的生物都不是上帝创造的，而是在遗传、变异、生存斗争中和自然选择中，由简单到复杂，由低等到高等，不断发展变化的，提出了生物进化论学说，从而摧毁了各种唯心的神造论和物种不变论。恩格斯将“进化论”列为19世纪自然科学的三大发现之一(其他两个是细胞学说，能量守恒和转化定律)。

与达尔文相关的趣事

1环球之旅回到英国时，达尔文带回了1529个保存在酒精瓶里的物种标本、3907个风干的物种标本：

22000年。达尔文的肖像替代狄更斯上了10英镑纸币，虽然他的胡须给“制作”带来了困难；

32002年BBC观众评选最伟大的英国人，达尔文名列第5；

4达尔文形象是除了英国皇家成员之外最频繁出现在邮票上的；

5“适者生存”并不出自达尔文之口，而是达尔文在华莱士的建议下运用了经济学家哈勃特·斯班瑟的说法。直到第五版，才出现在《物种起源》一书中；

6虽然达尔文被视为伟大的生物学家，但他的第一篇科学论文却是关于地理学的；

7“进化论”在达尔文之前已经存在，只是由他系统证明和阐述了；

8达尔文在写《物种起源》的时候仍是基督徒。