地球上早期的生命 (图文)

紫荆棘鸟

发个图文帖，关于博物馆系列的。发完后俺云游去。暑假热，大家保持凉爽。


先说明一下，这组图片是以前在自然历史博物馆 (Natural History Museum) 拍摄的，现在慢慢将涉及早期 (包括太古宙、元古宙时代) 生命部分整理出来，希望大家喜欢。

文中如果出现翻译错误，请方家指出。这些专用名词之翻译，是我不在行的。

自然历史博物馆





大家知道，地球的年龄大约是 46 亿岁。地球形成后的几亿年中，随着地球的冷却，出现了海洋也就是地球上生命最初的摇篮。大约在 38亿年前，地球首次产生了细菌，随后 2-3 亿年，又出现了绿色生命：蓝藻或蓝绿藻(Cyanobacteria)。蓝绿藻虽然没有细胞核，生物分类上属于细菌类，但是它到底是绿色的，外表上很像今天的藻类。

大家知道，地球的大小、离太阳的距离等因素对生命之形成基本上“恰到好处”。如果离太阳近了点，例如如金星那样的距离，地球就会变得很热，没法形成生命；如果远了点，例如如火星那样的距离，就太冷了些，形成生命也很困难。如果轻了些，例如像月球一般，它的万有引力就没法束缚气体，使得地球维持相对而言的恒温(例如月球正对着太阳的一面，气温就相当高，平均一百多度；背对太阳的一面呢，温度就在零下一百多度)。

就生命之形成而言，最重要的物质也许是水，再加上氧气。但是就原子尺度而言，形成生命最重要的原子，不是氢或者氧，而是碳原子，其次是氢原子。学过化学的都 知道，碳原子外面一层有四个电子，能提供很复杂的四个化学键，它既像金属又像非金属，比较容易失去电子或者和别的原子共享电子，不像氧原子那样非常能束缚电子(例如水，氢原子的电子就被氧原子抓得牢牢的，所以水非常稳定)。再加上氢原子，它本身也有些金属特性，所以以碳氢化合物为主体的有机物，从化学角度而言是不怎么稳定的，这种不稳定性 (再加上碳原子的四个化学键) 正是产生生命的关键。

咱们再看看氧。根据science，地球上最初基本上是没有氧气的。大家知道，咱们现在的大气，基本上是氮和氧，二氧化碳很少，但是在地球早期，情况恰恰相反，氧气基本上没有，地球的大气以氮、水和二氧化碳为主，二氧化碳所占的比例有四分之一左右。在大约 20多亿年前，二氧化碳逐步从大气中“消失”了当然，这里的消失是相对的，意思是所占的比重极小那个时候随着水从大气中凝结而出，地球的大气几乎全部是氮气。大约在 8 亿年前，因为绿色生命的光合作用，地球上大气层氧气开始占据不俗的比例，到目前为止，这个比例超过20%。地球上首次出现光合作用，大约是从 25 亿年前的藻类植物开始的。就算在今天，海洋的藻类植物仍然给地球提供 90% 的“新”氧气。

地球上生命的另一个里程碑就是多细胞生物的出现。多细胞生物的出现为生命的多样化打下了扎实的基础。就目前所知而言，地球上最早的多细胞生物是 12亿年前的一种红藻植物，叫做Bangiomorpha，却不知如何翻译成汉语。当然，红藻门 (Rhodophyta)植物现在还有不少，大家吃的紫菜就是其中之一，呵呵。

补充一句：科学家们是怎么样判定冥古宙、太古宙等时代大气是不是含有氧气的呢？答案是分析地表附近或者浅水区域 (水中氧气最多的地方) 的红色矿床的氧化铁的年代而得出的。下面这个红色带状结构的岩石 (氧化铁沉淀) 取自密歇根州。



先看几个早期的化石。



上面这个层状结构的化石来自澳大利亚一个叫做“鲨鱼湾” (Shark Bay) 的地方。这块化石是碳酸钙结构，是海洋微生物在温暖而没有激流的浅水海域形成的。



上面这个叠层石来自蒙大拿州的大冰川国家公园。

咱们再来看几个单细胞生物。这些单细胞生物的化石形成于元古宙 (原生代，Proterozoic)  的早期古元古代 (Paleoproterozoic)，距今大约 5 到 25 亿年前。



上面这个花瓶形状的东西是放大了的变形虫。这种称为 Testate 的变形虫是单细胞生物，其化石取自科罗拉多大峡谷的岩石，大约有 7 亿 5000 万年的历史了。当然变形虫没有图片显示的这么大，从图中的附录的比例尺可以大体判断出其大小。该图片是经哈佛大学相关人员用电脑分析而给出的，不是直接拍摄自化石样本。



上面这个类似于球状仙人掌的生物属于 Acritarch (这个单词怎么翻译？)，是种单细胞的藻类生物，样本取自我国贵州省的岩层，距今大约 6 亿年。当然，图片是 Virginia 理工大学专家们经过电脑技术处理而成的，图中附录了比例尺。从同一地方 (贵州) 还有如下的动物胚胎/蛋的图片，图中附录了比例尺。



让我们看看几个元古宙（Proterozoic) 时代的有关从单细胞到多细胞生命过渡的化石照片。

  

左上图这个是放大了的一种称为 Banglomorpha Pubescens 的图片，右图则是化石样本的照片。样本来自加拿大靠近北极圈附近。它属于多细胞的红藻类，生活在距今 12 亿年前，地质上属于元古宙的中元古代（Mesoproterozoic)。这是迄今为止发现的最早的异性繁殖的生物。

  

左上图是一种称为 Bangla vermicularis 的植物图片，也属于红藻类，样本取自新泽西州的大西洋城，大约生活在 12 亿年前。现在海洋里红藻的细胞结构和此图中的细胞结构 (多细胞) 并无多大的分别。右上图则是现代红藻类植物中 Bangla 细胞结构的放大图。



上图是一种称为 Grypania Spiralls 的化石照片，也属于红藻类，样本取自密歇根州的 Marouette 山岭。这种像弹簧一般环绕卷曲的藻类是地球上被发现的俱备某些多细胞特征的单细胞生物之一，生活在元古宙的古元古代 （Paleoproterozoic，25-16 亿年前)。

紫荆棘鸟

看一组早期动物的化石。现在世界上广泛分布有一种称为 Ediacaran 时期的动物 (注： Ediacaran 根据音译翻译成埃迪卡拉纪，属于地质年代新元古代) 的化石，大约形成于 5 亿年前。现在有些动物还保持着当年的原样。不过就进化论而言，我们至今不能肯定 Ediacaran 时期的动物是不是所有动物的祖先，亦即是不是所有的动物都由此进化而来。



上图之化石取自南澳大利亚，可能是中元古代（Mesoproterozoic) 水母或者环节动物的化石。

      

类似的，上图左侧之化石取自南澳大利亚，是中元古代（Mesoproterozoic) 水母的化石。上图右侧之化石也是采自南澳大利亚，可能是中元古代（Mesoproterozoic) 棘皮动物 (Echinoderm) 或者刺胞 (Cnidarian) 动物之化石。



此图之化石同样采自南澳大利亚，可能是刺胞 (Cnidarian) 动物之化石。看到这个化石你会想起什么？很明显是 salmon steak 对不对？当然不是那种转基因的三文鱼。那种三文鱼据说丑陋着：)



地球上最早出现的动物，自然是软体动物，最早出现在元古宙 (Proterozoic)。在元古宙末期，也就是新元古代 (Neoproterozoic) 的埃迪卡拉纪(Ediacaran) 末期，地球上终于出现了带壳动物。上图就是最早的带壳动物之一的化石，取自北卡罗莱纳州。从软体动物到硬体动物属于质的飞跃。一般认为，地球上最早的硬体动物是在显生宙之古生代（Paleozoic）之寒武纪(Cambrian) 出现的，距今大约 5 亿多年前。这些动物最先是带外壳的，以后逐渐进化成带骨的动物。

如此这般又过了数亿年，进入了古生代 (Paleozoic) 之二叠纪时代，也就是 3---2.5 亿年前。作为题外话，地球历史上发生有数次生物物种灭绝事件，比较有规模的共计 5 次，其中又以二叠纪末期(二叠纪末期到三叠纪初期) 发生的这次物种灭绝最为严重。这次物种灭绝有多严重呢？据估计，海洋中大约 90-95%的物种遭到灭绝，70% 的陆地脊椎动物物种灭绝。这次物种灭绝的原因还未正式定论，但是估计和小行星撞击地球造成地球气候骤变、导致火山喷发等有关。

闲话少说，呵呵，言归正传。这里介绍二叠纪时代比较著名的鲨鱼：Helicoprionids (不知汉语如何翻译？哪位知道的请说说)。这种鲨鱼最早在 3 亿年前出现在宾夕法尼亚的海洋中 (注：宾夕法尼亚现在是内陆地区。可能那时属于海洋)，并且在 2.7--2.5 亿年前达到其鼎盛时期。这种鲨鱼非常凶猛可怕，体形巨大，主要捕食鱼类。这种鲨鱼最引入注目的是它的牙齿：每颗牙齿如同盘子一般大小，螺纹结构，就如同叮咚锯一般。下图是这种鲨鱼的化石：



咱们再来看看中生代（Mesozoic）的动物。中生代大约始于 2 亿 5 千万年前，止于 6500 万年前，许多高等动植物(例如鸟类，哺乳动物和被子植物)开始出现。当然，这个时期最著名的也许是恐龙。恐龙在三叠纪时代出现，在白垩纪时代得以繁荣，随后灭绝。白垩纪时代地球又出现了物种灭绝事件，大约有一半的物种从地球上消失，包括恐龙。可惜我参观的那个展览厅没有列出恐龙化石 (博物馆肯定有的，只是因为时间关系，我只能参观一个展览厅)。

让我们具体看一种海洋捕食动物：Ammonites (不知如何翻译，请行家指教)。通常，海洋捕食动物有锐利的牙齿、适合游泳的圆滑身躯，但是也并非全都这样，这 Ammonites 就是一反例，它没有锐利的牙齿。Ammonites 生活在中生代，生物分类上和现在的鱿鱼算是“近亲”。它的保护壳能使之免受攻击，而它的众多触须能很迅速地将海洋所猎动物拉回来，然后用尖喙将猎物刺死。这种动物直径可达 2.6 米，在侏罗纪时代最为繁荣。它一般捕食鱼类、软体动物和节肢动物。



上图就是生活在侏罗纪末期 (约 1.5 亿年前) 的某种 Ammonites 图片，是借助电脑技术对化石进行分析后得到的。下图则为某种生活在侏罗纪末期的 Ammonites 化石图片。化石样子采自英格兰。



大家知道珊瑚礁是海洋里最美丽的风景之一。珊瑚礁是珊瑚虫动物的骨骼 (主体是碳酸钙) 在数百年至数千年的生长过程中形成的，主要分布在东南亚、西太平洋和加勒比海地区。



但是在一亿年前，构成海礁的不是珊瑚虫，而是活跃于白垩纪 (Cretaceous，大约在 1 亿到 6500 万年前之间) 时代的一类双壳类动物：Rudist 双壳类。Rudist 这个单词看似简单，实际上是个非常罕见的专业词汇，一般的词典是查阅不到的 (如果哪位能查阅到对应的汉语意思，不妨贴出来，先谢。反正我没有英汉词典，呵呵)。于是我只得查阅 wiki 百科，看看这个单词到底何意。得到的解释如下：

Rudists are a group of box, tube or ring shaped marine heterodont bivalves that arose during the Jurassic, and became so diverse during the Cretaceous that they were major reef-building organisms in the Tethys Ocean。

英文虽然好懂，但是又有两个词汇陌生：heterodont 以及 Tethys Ocean。“heterodont”根据词根，应该是 hetero (异) + dont (牙齿)，或者“异齿”的意思----但是这似乎有点不妥，因为 rudists 不可能有牙齿，所以权且认为这个单词是“异型”的意思----所以这句话的意思是，Rudists 是一群盒状、管状或者环状的海洋异型双壳类，它们起源于侏罗纪时期 (约 2 到 1 亿年前)，在白垩纪时期它们得以极大的繁衍，乃至成为Tethys 海洋主要的珊瑚礁建造者。这个 Tethys 海洋在哪里呢？它是以前劳亚古陆 (相当于现在的亚欧大陆，再加上北美大陆) 和冈瓦纳大陆 (非洲和南美大陆) 之间的海域，大体相当于今天的印度洋。见如下的图片 (引自 wiki 百科)，图片示意的是 2 亿年前的地球大陆和海洋，大体上是三叠纪和侏罗纪衔接的时期：



闲话少说，让我们具体看几组化石。这些化石，除非特别说明，都是白垩纪时期形成的，取自牙买加。



上面这个 rudists 长度有一米，它是在能源比较丰富的海底长成的。





上述四图 的 rudists，一般被称为“升降机” (elevators)，因为它们总是直立于海床上，不停地生长，以免被依附于它们身上的沉积物所掩埋。



上图的 rudists 来西亚的阿曼。


  
上图的 rudists 来西亚的牙买加，长在海底的斜坡上，不过现在科学家们还在为这样长在斜坡上的动物怎么能张开它们的双壳去捕食而争论不休。

我们最后一个 rudists 化石样本来自古巴：



我们再来看一种海底动物：三叶虫 (trilobite) 的化石照片。在动物分类学上，三叶虫属于节肢动物门三叶虫纲，它最早出现于寒武纪 (约 5 亿年前)，绝种于二叠纪和三叠纪之交的大绝种时期 (约2.5 亿年前)。三叶虫化石种类繁多，世界各地到处都能找到，其著名程度可能仅次于恐龙。最开始的三叶虫可能是地球上最早进化出眼睛的动物。



  

以上三个三叶虫的化石都取自俄罗斯的圣彼得堡，活跃于奥陶纪中期 (约 4.6 亿年前)。这种三叶虫通常躲在泥浆里，以便能躲避别的动物的侵犯，同时也方便自己猎取其它动物作食物。

咱们再看一些三叶虫化石照片。

   

左上图来自摩洛哥。右上图来自犹他州的三叶虫照片，活跃于三叠纪时期。  

青瓷

三叶虫有点儿象我们这边的臭屁虫

看个热闹，虽然不是很懂。{:soso_e112:}

泪水晶

紫一定是老师，好有耐心。坐下学习了。

秋月如霜

哇，长知识了，上了堂地理加生物课。

紫荆棘鸟

青瓷 发表于 2012-6-13 03:39
三叶虫有点儿象我们这边的臭屁虫

看个热闹，虽然不是很懂。

是有点，但是不是，因为三叶虫已经灭绝了

紫荆棘鸟

泪水晶 发表于 2012-6-13 07:27
紫一定是老师，好有耐心。坐下学习了。

不是的，也没有想到过要当老师

紫荆棘鸟

秋月如霜 发表于 2012-6-13 08:26
哇，长知识了，上了堂地理加生物课。

喜欢就好, 不枉打字

泪水晶

偶看你很有耐心呢，那偶猜的专业估计也猜错了啊。

小草花

荆棘鸟辛苦了，很长知识，天热，多喝茶

紫荆棘鸟

泪水晶 发表于 2012-6-13 08:56
偶看你很有耐心呢，那偶猜的专业估计也猜错了啊。

俺啥学科/门道的都能整点，尽管肤浅，但是能让你难以轻易猜出来：)

紫荆棘鸟

朝雾之小草花 发表于 2012-6-16 08:19
荆棘鸟辛苦了，很长知识，天热，多喝茶

谢谢，在外边跑了一圈，回来了

泪水晶

紫荆棘鸟 发表于 2012-7-11 06:45
俺啥学科/门道的都能整点，尽管肤浅，但是能让你难以轻易猜出来：)

偏门，不猜，放假回来了？感觉过了好久一样，问好。：）

草长鹰飞兔藏

这个是学问，静下来，好好学习一哈。问好

小草花

紫荆棘鸟 发表于 2012-7-11 06:46
谢谢，在外边跑了一圈，回来了

消夏的感觉并不那么畅意，苦役也，欢迎回来。。

小草花

紫荆棘鸟 发表于 2012-7-11 06:46
谢谢，在外边跑了一圈，回来了

消夏的感觉并不那么畅意，苦役也，欢迎回来。。

紫荆棘鸟

服务器是不是很慢？抑或是我的网络很慢？
大部分时间访问网站很困难，打开一个网页快则一分钟，慢则五分钟

紫荆棘鸟

月河共影 发表于 2012-7-12 05:08
欢迎荆棘鸟回归

回来后，发现访问网站很困难，其慢无比，郁闷

小草花

紫荆棘鸟 发表于 2012-7-12 15:51
服务器是不是很慢？抑或是我的网络很慢？
大部分时间访问网站很困难，打开一个网页快则一分钟，慢则五分钟

是有点慢，但还能用

纤尘不染

非常感谢小鸟~~
好喜欢这贴。学习了~
做个标记，慢慢再看