生命大爆炸

寒武紀的生命爆炸時期（Cambrian Explosion）

寒武紀

寒武紀是在地質時間上約為五億五百萬至五億四千萬年前古生代初期的一段地質時間。它可區分為三個時期：始寒武紀（五億四千萬至五億七千萬年前）、中寒武紀（五億兩千三百萬至五億四千萬年前）、以及後寒武紀（伍億五百萬至五億兩千三百萬年前）。延續時間為5370萬年。

大約6億年前，在地質學上稱做寒武紀的開始，絕大多數無脊椎動物門在幾百萬年的很短時間內出現了。這種幾乎是“同時”地、“突然”地出現在寒武紀地層中門類眾多的無脊椎動物化石(節肢動物、軟體動物、腕足動物和環節動物等)，而在寒武紀之前更為古老的地層中長期以來卻找不到動物化石的現象，被古生物學家稱作“寒武紀生命大爆發”，簡稱“寒武爆發”。達爾文在其《物種起源》的著作中提到了這一事實，並大感迷惑。他認為這一事實會被用做反對其進化論的有力證據。但他同時解釋到，寒武紀的動物一定是來自前寒武紀動物的祖先，是經過很長時間的進化過程產生的；寒武紀動物化石出現的“突然性”和前寒武紀動物化石的缺乏，則是由地質記錄的不完全或是由於老地層淹沒在海洋中的緣故。

寒武紀是地質年代劃分中屬顯生宙古生代的第一個紀，距今約5.4億至5.1億年，寒武紀是現代生物的開始階段，是地球上現代生命開始出現、發展的時期。寒武紀對我們來説是十分遙遠而陌生的，這個時期的地球大陸特徵完全不同於今天。 寒武紀常被稱為“三葉蟲的時代”，這是因為寒武紀岩石中保存有比其他類羣豐富的礦化的三葉蟲硬殼。當時出現了豐富多樣且比較高級的海生無脊椎動物，保存了大量的化石，從而有可能研究當時生物界的狀況，並能夠利用生物地層學方法來劃分和對比地層，進而研究有機界和無機界比較完整的發展歷史。但澄江動物羣告訴我們，現在地球上生活的多種多樣的動物門類在寒武紀開始不久就幾乎同時出現。

寒武紀是顯生宙(Phanerozoic Eon)的開始，標誌着地球生物演化史新的一幕。在寒武紀開始後的短短數百萬年時間裏，包括現生動物幾乎所有類羣祖先在內的大量多細胞生物突然出現，這一爆發式的生物演化事件被稱為“寒武紀生命大爆炸”(Cambrian explosion)。帶殼、具骨骼的海洋無脊椎動物趨向繁榮，它們營底棲生活，以微小的海藻和有機質顆粒為食物，其中，最繁盛的是節肢動物三葉蟲，故寒武紀又稱為“三葉蟲時代”，其次是腕足動物、古杯動物、棘皮動物和腹足動物，寒武紀的生物形態奇特，和我們現在地球上所能看見的生物極不相同。 比較著名的有早寒武世雲南的澄江動物羣、加拿大中寒武世的布爾吉斯頁岩生物羣。寒武紀的生物界以海生無脊椎動物和海生藻類為主。無脊椎動物的許多高級門類如節肢動物、棘皮動物、軟體動物、腕足動物、筆石動物等都有了代表。其中以節肢動物門中的三葉蟲綱最為重要，其次為腕足動物。此外，古杯類、古介形類、軟舌螺類、牙形刺、鸚鵡螺類等也相當重要。拋開牙形石不説，高等的脊索動物還有許多其他代表，如我國雲南澄江動物羣中的華夏鰻、雲南魚、海口魚等，加拿大布爾吉斯頁岩中的皮開蟲，美國上寒武統的鴨鱗魚。

寒武紀(Cambrian period)物種大爆炸是指生物的形態，種類在寒武紀這個短短的時期內發生了飛躍性的變化。從化石的證據來看，在寒武紀之前，生命基本上是以單細胞的形式存在，但是到了寒武紀時，生命突然由單細胞進化到多細胞形式，並且出現了數目巨大的不同物種。這些物種具有了複雜，多樣的身體行態。

寒武紀(Cambrian period)物種大爆炸一説來源於這個時期的化石證據。近年來，在加拿大，Greeland,Siberia 和中國發現了許多寒武紀時期的化石，這些化石中的生命形式豐富多樣。特別是在中國昆明澄江發現的上寒武紀化石中，各種生物的形態保存完好，栩栩如生，受到了各國科學家的極大重視。

寒武紀(Cambrian period)物種大爆炸的發現使得達爾文的進化論受到廣泛的挑戰。因為按達爾文的理論，物種是通過漸進變化進化而來。但是，寒武紀(Cambrian period)物種大爆炸卻是突然的，彷彿數萬的物種在一夜之間就產生了。當然，很多進化生物學家認為寒武紀(Cambrian period)物種大爆炸之前的化石因為某種原因缺失了。因此，很多科學家致力於尋找缺失的化石，但到目前為止，仍無所獲。

這樣，寒武紀(Cambrian period)物種大爆炸被廣泛用於證明生命的神創理論。因為現在的分子生物學理論不能很好解釋這一現象。這些辯論也在網上如火如荼地展開。

不過，近來的一個重要的實驗發現可能為寒武紀(Cambrian period)物種大爆炸提供分子生物學解釋。這一發現發表於去年十一月的《自然》雜誌上。這一重要的貢獻是由芝加哥大學的Lindquist教授和Rutherford博士共同完成的。Lindquist教授是美國科學院院士，曾擔任過美國遺傳學會秘書長。她在遺傳學，分子生物學方面都有非常卓越的貢獻。主要的貢獻包括熱休克蛋白(Heat-shock protein)的發現，Yeast Prion的發現以及其對遺傳因素的影響。

在這篇《自然》雜誌的文章中，他們用果蠅(Fruit Fly)為材料，發現如果熱休克蛋白90(Hsp90)的功能正常，則就算果蠅的DNA發生了許多突變，也不會影響果蠅的外觀形態。換言之，正常功能的Hsp90能使得在不影響其生存能力的情況下，果蠅羣體能積累很多的突變，並且這些突變在穩定的環境條件下不顯現。但是，一旦Hsp90的功能或表達水平受到影響時，比如出現極端的環境條件，用藥物抑制Hsp90的正常功能時，已經存在於果蠅羣體中的一些與形態有關的DNA突變就會表現出來，並造成其體形與上一帶不同。而且經過幾代後，就是恢復Hsp90的正常功能，這些不同也能遺傳下去。

這一現象的分子機制是因為Hsp90能夠穩定參與信號傳遞，細胞循環的蛋白質分子構象，使得他們不在體內被分解。同時，也使得發生在這些蛋白質上的突變不影響其功能。也就是説，Hsp90類蛋白的重要功能之一是使一個種羣能積累很多DNA突變，而且不會一下就表現在形態上。這些突變要等到環境條件發生很大的變化時，才爆炸性地表現出來，在很短的時間內演化出形態各異的許多物種，正象寒武記(Cambrian period)物種大爆炸那樣的過程。

因此，這一重要的結果為物種的突然進化提供了可能的分子機制，説明寒武記(Cambrian period)物種大爆炸這一現象也能在分子生物學的水平得到解釋。另外，這一發現也為獲得性遺傳現象提供了可能的分子機制。這一發現也許能幫助人們理解社會，一個有競爭力的社會應該是一個容忍，促進很多觀點產生的社會。這樣的社會在遇到新的挑戰時才有可能迅速產生合適的對策。