地球上早期的生命 (圖文) (上)

先說明一下，這組圖片是以前在自然曆史博物館 (Natural History Museum) 拍攝的，現在慢慢將涉及早期 (包括太古宙、元古宙時代) 生命部分整理出來，希望大家喜歡。

文中如果出現翻譯錯誤，請方家指出。這些專用名詞之翻譯，是我不在行的。

自然曆史博物館





大家知道，地球的年齡大約是 46 億歲。地球形成後的幾億年中，隨著地球的冷卻，出現了海洋----也就是地球上生命最初的搖籃。大約在 38億年前，地球首次產生了細菌，隨後 2-3 億年，又出現了綠色生命：藍藻或藍綠藻(Cyanobacteria)。藍綠藻雖然沒有細胞核，生物分類上屬於細菌類，但是它到底是綠色的，外表上很像今天的藻類。

大家知道，地球的大小、離太陽的距離等因素對生命之形成基本上“恰到好處”。如果離太陽近了點，例如如金星那樣的距離，地球就會變得很熱，沒法形成生命；如果遠了點，例如如火星那樣的距離，就太冷了些，形成生命也很困難。如果輕了些，例如像月球一般，它的萬有引力就沒法束縛氣體，使得地球維持相對而言的恒溫 (例如月球正對著太陽的一麵，氣溫就相當高，平均一百多度；背對太陽的一麵呢，溫度就在零下一百多度)。

就生命之形成而言，最重要的物質也許是水，再加上氧氣。但是就原子尺度而言，形成生命最重要的原子，不是氫或者氧，而是碳原子，其次是氫原子。學過化學的都知道，碳原子外麵一層有四個電子，能提供很複雜的四個化學鍵，它既像金屬又像非金屬，比較容易失去電子或者和別的原子共享電子，不像氧原子那樣非常能束縛電子(例如水，氫原子的電子就被氧原子抓得牢牢的，所以水非常穩定)。再加上氫原子，它本身也有些金屬特性，所以以碳氫化合物為主體的有機物，從化學角度而言是不怎麽穩定的，這種不穩定性 (再加上碳原子的四個化學鍵) 正是產生生命的關鍵。

咱們再看看氧。根據science，地球上最初基本上是沒有氧氣的。大家知道，咱們現在的大氣，基本上是氮和氧，二氧化碳很少，但是在地球早期，情況恰恰相反，氧氣基本上沒有，地球的大氣以氮、水和二氧化碳為主，二氧化碳所占的比例有四分之一左右。在大約 20多億年前，二氧化碳逐步從大氣中“消失”了----當然，這裏的消失是相對的，意思是所占的比重極小----那個時候隨著水從大氣中凝結而出，地球的大氣幾乎全部是氮氣。大約在 8 億年前，因為綠色生命的光合作用，地球上大氣層氧氣開始占據不俗的比例，到目前為止，這個比例超過20%。地球上首次出現光合作用，大約是從 25 億年前的藻類植物開始的。就算在今天，海洋的藻類植物仍然給地球提供 90% 的“新”氧氣。

地球上生命的另一個裏程碑就是多細胞生物的出現。多細胞生物的出現為生命的多樣化打下了紮實的基礎。就目前所知而言，地球上最早的多細胞生物是 12億年前的一種紅藻植物，叫做 Bangiomorpha，卻不知如何翻譯成漢語。當然，紅藻門 (Rhodophyta)植物現在還有不少，大家吃的紫菜就是其中之一，嗬嗬。

修改帖子補充一句：科學家們是怎麽樣判定冥古宙、太古宙等時代大氣是不是含有氧氣的呢？答案是分析地表附近或者淺水區域 (水中氧氣最多的地方) 的紅色礦床的氧化鐵的年代而得出的。下麵這個紅色帶狀結構的岩石 (氧化鐵沉澱) 取自密歇根州。



先看幾個早期的化石。



上麵這個層狀結構的化石來自澳大利亞一個叫做“鯊魚灣” (Shark Bay) 的地方。這塊化石是碳酸鈣結構，是海洋微生物在溫暖而沒有激流的淺水海域形成的。



上麵這個疊層石來自蒙大拿州的大冰川國家公園。

咱們再來看幾個單細胞生物。這些單細胞生物的化石形成於元古宙 (原生代，Proterozoic)  的早期古元古代 (Paleoproterozoic)，距今大約 5 到 25 億年前。



上麵這個花瓶形狀的東西是放大了的變形蟲。這種稱為 Testate 的變形蟲是單細胞生物，其化石取自科羅拉多大峽穀的岩石，大約有 7 億 5000萬年的曆史了。當然變形蟲沒有圖片顯示的這麽大，從圖中的附錄的比例尺可以大體判斷出其大小。該圖片是經哈佛大學相關人員用電腦分析而給出的，不是直接拍攝自化石樣本。



上麵這個類似於球狀仙人掌的生物屬於 Acritarch (這個單詞怎麽翻譯？)，是種單細胞的藻類生物，樣本取自我國貴州省的岩層，距今大約 6億年。當然，圖片是 Virginia 理工大學專家們經過電腦技術處理而成的，圖中附錄了比例尺。從同一地方 (貴州)還有如下的動物胚胎/蛋的圖片，圖中附錄了比例尺。



讓我們看看幾個元古宙（Proterozoic) 時代的有關從單細胞到多細胞生命過渡的化石照片。

 

左上圖這個是放大了的一種稱為 Banglomorpha Pubescens的圖片，右圖則是化石樣本的照片。樣本來自加拿大靠近北極圈附近。它屬於多細胞的紅藻類，生活在距今 12億年前，地質上屬於元古宙的中元古代（Mesoproterozoic)。這是迄今為止發現的最早的異性繁殖的生物。

 

左上圖是一種稱為 Bangla vermicularis 的植物圖片，也屬於紅藻類，樣本取自新澤西州的大西洋城，大約生活在 12億年前。現在海洋裏紅藻的細胞結構和此圖中的細胞結構 (多細胞) 並無多大的分別。右上圖則是現代紅藻類植物中 Bangla 細胞結構的放大圖。



上圖是一種稱為 Grypania Spiralls 的化石照片，也屬於紅藻類，樣本取自密歇根州的 Marouette山嶺。這種像彈簧一般環繞卷曲的藻類是地球上被發現的俱備某些多細胞特征的單細胞生物之一，生活在元古宙的古元古代（Paleoproterozoic，25-16 億年前)。

看一組早期動物的化石。現在世界上廣泛分布有一種稱為 Ediacaran 時期的動物(注：Ediacaran 根據音譯翻譯成埃迪卡拉紀，屬於地質年代新元古代) 的化石，大約形成於 5億年前。現在有些動物還保持著當年的原樣。不過就進化論而言，我們至今不能肯定 Ediacaran時期的動物是不是所有動物的祖先，亦即是不是所有的動物都由此進化而來。



上圖之化石取自南澳大利亞，可能是中元古代（Mesoproterozoic) 水母或者環節動物的化石。

    

類似的，上圖左側之化石取自南澳大利亞，是中元古代（Mesoproterozoic)水母的化石。上圖右側之化石也是采自南澳大利亞，可能是中元古代（Mesoproterozoic) 棘皮動物 (Echinoderm) 或者刺胞(Cnidarian) 動物之化石。



此圖之化石同樣采自南澳大利亞，可能是刺胞 (Cnidarian) 動物之化石。



地球上最早出現的動物，自然是軟體動物，最早出現在元古宙 (Proterozoic)。在元古宙末期，也就是新元古代(Neoproterozoic) 的埃迪卡拉紀(Ediacaran)末期，地球上終於出現了帶殼動物。上圖就是最早的帶殼動物之一的化石，取自北卡羅萊納州。從軟體動物到硬體動物屬於質的飛躍。一般認為，地球上最早的硬體動物是在顯生宙之古生代（Paleozoic）之寒武紀(Cambrian) 出現的，距今大約 5億多年前。這些動物最先是帶外殼的，以後逐漸進化成帶骨的動物。