蓝星编年史-11

上篇说到,在埃迪卡拉纪(6.2~5.42亿年),地球上生命演化出现了一个小高潮,随后走向大灭绝。但不久,生命又迎来了它的另一次狂欢,开启了更为壮丽一幕!

寒武纪生命“大爆发”

这个标题,想必大家都非常熟悉了。地球上绝大部分动物的老祖宗都出现在这次大爆发事件中。带硬壳或长骨骼的硬体动物出现,保留了大量化石,其他生物类型也大大的分化。网上有许许多多关于这方面的科普资料,我就不多说了。

不过,也许你会注意到,这个小标题加了个引号,寒武纪生命“大爆发”。难道这不是真正意义上的大爆发么?爆发,往往意味着在极短的时间内大量地出现。如果用这个标准去衡量这次生命事件,是不符合爆发的要求的。这次“大爆发”持续了大约两千万年,非常的长,如果算上埃迪卡拉纪后期的三千万年,可能总共经历了五千万年之久。所以,用大爆发不大合适。如果考虑到生物门类在这段时间大量出现这一现象,也许用“大辐射”更好一些。

另一方面,这次壮观的生物事件也不是凭空出现,它是建立在更早的演化基础上的。地质学家找到了越来越多的证据,表明寒武纪的一些生物在早期的埃迪卡拉生物群中就可能出现了,比如寒武纪海洋中的霸主三叶虫,就在埃迪卡拉纪的地层中留下了足迹。所以,这次大辐射事件其实是生物长期演化的结果。再者,因为化石记录的不完备性(即只有极少部分生物变成了化石),更早期的繁荣生物圈并没有被记录下来,导致人们误认为在寒武纪之前,地球是一个荒凉的世界。其实,更早期的地球(海洋中)也应该是欣欣向荣的。(更多内容请看上一篇)

但,在寒武纪的这次生命大辐射中,出现了大量不同于以往的生物,到底是什么样的原因造成了这种分化?遗憾的是,到目前为止,还没有找到一个确切的答案,不同研究方向的学者给出了各种各样的假说。比如,臭氧层大概在这个时候形成,自由氧含量可能进一步升高,足以支持大型的硬体生物存活。在上一篇中提到的“雪球事件”也许起到了很大的作用(具体讨论见上一篇)。从生物学的角度来看,这也许是生物基因积累到一定程度的结果(提供足够的变异);也有人推测捕食关系出现在这个时候,进一步加速了演化。每种解释都有自己的道理,但还没有达成共识。但可以肯定的是,这么大的事件不会只有一个原因,应该是多种因素共同控制的结果。

帽天山,著名的云南澄江生物圈的发现地。via ynchcc.org
当时热闹的海底世界(想象图)。via humboldt.edu

流水账

好了,接下来的全球史,我写不出更多的故事了,毕竟生物演化是我不擅长的领域了,下面就写点流水账吧。这部分可以结合第八篇一起看。

在寒武纪(5.42~4.88亿年),气候温和,大部分的陆地处于赤道两侧,没有冰川。很大一部分陆地被海水覆盖,成为水深不大的大陆架,非常适合海洋生物生存,所以,海洋生物非常繁盛。但这个时候生物尚未登陆,陆地还是一片荒凉。

到了奥陶纪(4.88~4.43亿年),世界上的主要大陆在慢慢地向南漂移,直到末期,非洲、印度、南美洲、澳洲、南极洲等一些大陆进入南极圈。而且,这个时候地球是降温期,在南极发育大陆冰盖。随着南极冰盖的发育,海平面大大下降,破坏了原有的海洋环境,造成了地球历史上第一次生物大灭绝。而且,这次冰盖时间可以分为两期(有人认为更多),海平面的多次升降,使得这次灭绝事件成为显生宙以来(5.42亿年以来)大第二大生物灭绝事件,越60~70的物种灭绝,曾经称霸一时的三叶虫从此也一蹶不振。

奥陶纪末南极的形势。那个时候的撒哈拉沙漠处于南极点(South Pole)附近,白色部分为冰盖的可能位置。via palaeos.com

接下来是志留纪(4.43~4.16亿年),刚开始受物种灭绝的影响,生物圈一片凋敝。但随后,气候逐渐稳定,海平面慢慢恢复,地球进入了一个长期的温暖期。生物圈也缓过神儿来,开始走向下一个繁盛。在赤道地球,海水淹没了大部分陆地,水也不深,水温适宜,珊瑚开始大量生长。早期的鱼类也开始出现并大量繁殖,脊椎动物出现了。而目前陆生生物最确切的证据也发现于志留纪的底层中,是植物,说明那个时候,生命开始涉足大陆。

泥盆纪(4.16~3.59亿年),绝大部分时候气候温暖而稳定,气温远比现在高,北半球的亚热带可能延伸到北纬60°,南半球温度稍低一些。这个时候,海洋中的鱼类极为繁盛,种类多样,被称为“鱼的时代”,温暖而又浅水大陆架造就了规模巨大的珊瑚。在陆地上,植物繁茂,可能已经形成了一定规模的森林,并出现了种子植物,这就大大降低了植物繁殖对水的依赖,扩大了植物的生长范围。一些原始的节肢动物和昆虫也入侵陆地,在泥盆纪将要结束的时候,鱼类也开始登陆,进化成早期的两栖类。在泥盆纪末期,又发生了一场严重的灭绝事件,对珊瑚影响最为严重,称为弗拉阶—法门阶事件。这是生物大灭绝的原因可能是南半球的冰期事件,造成了全球气温的降低,使得温暖海水中的生物大量死亡。也有人认为是由地外星体撞击造成的。

之后,是石炭纪(3.59~2.99亿年)。顾名思义,这就是形成碳的时代呀。这个时代,全球气候异常温暖湿润,植物已经完全适应了陆地生活,十分高大。地球上到处是蕨类森林,它们死后,被埋藏在底下,形成了煤。这是地球上第一个大规模形成煤的时代,我国山西、陕西、河南的煤主要就形成于这个时代。而登陆的动物也有了进一步的发展,有些摆脱了对水的依赖,适应干燥的环境,而且有些个头十分巨大。到了石炭纪的晚期,气候又开始冷起来,极地地区开始发育冰盖,但在赤道地区仍相当湿暖。

石炭纪的森林(想象图)。via museumoftheweird.com

石炭纪之后,就是二叠纪(2.99~2.51亿年)。在二叠纪的早期,延续了石炭纪的气候特征,随后又开变得温暖起来。陆生的脊椎动物进一步发展,体长可达数米。植物中,松柏类也以及出现。陆地气候变得非常干燥,随着泛大陆的最终拼合有关,因为大片的陆地导致海洋水汽难以到达内陆,造成干旱,就像今天的中亚。在二叠纪末期,发生了地球生物史上最严重的一次灭绝事件,超过95%的海洋生物和70%的陆地生物灭绝了。其实,这次灭绝事件有两次次级事件组成,一次发生在2.62亿年作用,一次发生在2.52亿年左右。造成这种灭绝事件的原因还不清楚。一种比较懒的解释是外星撞击。但更可能和火山喷发有关。在二叠纪末期,全球发生了两次大规模玄武岩喷发事件,大量的玄武岩直接喷出或溢出地表,比如我国峨眉山地区,就有大量的这个时代的玄武岩。火山不仅喷出了岩浆,还为大气注入了大量的有毒气体,污染的大气和海洋。这些火山喷发可能还带出来大量的温室气体,造成了极为严重的温室效应和大气缺氧。这些,可能是这次大灭绝事件的原因。

二叠纪末期全球的大火成岩省分布。via palaeos.com/

上面几个就是古生代的气候和生物演化介绍。二叠纪末的那次生物大灭绝几乎摧毁了当时的生物圈,绝大部分物种消失了,即使幸免的那些生物在以后的岁月中也不会再现往日的辉煌,海陆生物圈的格局发生了巨大的变化。

然后,进入中生代,第一个就是三叠纪(2.51~1.99亿年)。在三叠纪最初的两千万年内,地球上可谓万物寂寥,生物界一片萧条,上次的打击实在是太过严重,地球花了很长一段时间才重建了生态系统。三叠纪的基本继承了二叠纪的气候特征,广大的内陆炎热干燥,只有部分地区比较湿润,比如南北半球的高纬度地区,植物繁茂,出现了煤层。这段时间,动物界的爬行类取代了古生代末期的两栖类成为陆地上的霸主。而在三叠纪末期,泛大陆开始慢慢裂解,全球气候也开始变化。也是在这时候,又发生了一次生物绝灭事件,原因可能和这个时候的火山喷发有关。火山带来了大量的温室气体,是的原本就十分干燥的气候更加残酷,而许多生物也因此遭到了毁灭性的打击。

接下来,就进入了恐龙的时代,侏罗纪(1.99~1.45亿年)。早在三叠纪末期,恐龙就开始繁衍了,有幸躲过了那次大灭绝,并在侏罗纪进入繁盛期。这是,泛大陆开始裂解,海水进入内陆地区,气候又变得湿润,规模巨大的森林重新覆盖陆地,地球再次进入成煤期。

白垩纪(1.45~0.65亿年),相比侏罗纪,恐龙更加繁盛,有过之而无不及。同时,也是在这个时候出现了早期的哺乳类和鸟类。当然,在白垩纪末期,又来了一次生物大灭绝事件,包括恐龙在内的很多动物遭遇了灭顶之灾。这部分就不细说了。

References

[1] Meert, J. G., & Lieberman, B. S. (2008). The Neoproterozoic assembly of Gondwana and its relationship to the Ediacaran–Cambrian radiation. Gondwana Research, 14(1), 5-21.

[2] Marshall, C. R. (2006). Explaining the Cambrian “explosion” of animals. Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 34, 355-384.

[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Cambrian_explosion

[4] http://biologos.org/questions/cambrian-explosion

[5] http://palaeos.com/

[6] http://www.ucmp.berkeley.edu/help/timeform.php

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:Olivine

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