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【地球演义】埃迪卡拉纪-失乐园

 十五1515 2019-06-03

6亿3千万年前,那是一个春天。覆盖地球表面的冰雪开始消融。活跃的火山活动补充了大气层中的温室气体,二氧化碳含量达到史无前例的13%。温暖的气候,充足的光照,加上取之不尽的二氧化碳,海洋中的藻类植物达到空前的繁荣。作为最重要的生产者,勤勤恳恳地把无机碳纳入生物圈,成为各种生命的物质和能量源泉。

安徽皖南蓝田发现的6亿年前的各种藻类化石(袁训来等:蓝田生物群: 一个认识多细胞生物起源和早期演化的新窗口,2012),此时的植物种类已经极大丰富了。

  被冰封已久的生命活力不可遏止地迸发出来。各种消费者们迫不及待地分一杯羹。真菌也已经演化到多细胞阶段,早期的壶菌(Chytrid)生长在死去的藻类遗体上,茂密的菌丝深入藻体,溶解组织,吸收营养。有时,它们也会入侵虚弱的活海藻,从腐生者变成寄生生物。

现代最常见的壶菌是水霉,它们长出白色的菌丝,寄生或者腐生在水生动植物上。有时会严重地威胁鱼类和两栖类的生存。

  海水中飘荡着细菌,单细胞藻类,原生动物,多细胞动物的卵和幼体,藻类和真菌的孢子,以及死去动植物的残骸碎屑。丰富的食物,和有史以来的最高水平的溶解氧含量。这一切,都在推动着多细胞动物的突破式演进。

  最先改变的是体型。既然食物和氧气都飘散在海水里,那么和海水的接触面积越大,就能获得更多的食物和氧气。在呼吸系统和消化系统出现之前,把自己摊成的一层薄薄大饼,让每个细胞都直接和海水接触,完成滤食和呼吸,成为多细胞动物们的最成功的生存策略。于是,在浅海的海床上,三分盘虫和狄更逊水母平静地铺展身体。斯瓦塔须靶和Rangea则是像海藻一样竖起身子,延展体壁。这些动物抓住机会,让埃迪卡拉纪成为属于自己的时代。很久以后,它们的遗迹成为第一批能够用肉眼观察到的宏体动物化石。

代表性的埃迪卡拉动物:三分盘虫(上左),查恩盘虫(上右),斯瓦塔须靶(下左),Rangea schneiderhoehoni(下中),Ernietta plateauensis(下右)。它们都没有复杂的内部结构,固定在海床上,靠几何生长扩大表面积来呼吸氧气,滤取食物。

狄更逊水母的生长方式,不同于任何现代生物。埃迪卡拉生物群的大部分种类都很难和现代生物建立确定的联系,很可能是早期多细胞动物的一次不成功的演化尝试。

  这是一个轻松的乐园,早期的多细胞动植物都是软趴趴的,它们需要做的只是静静地伸展身体,沐浴阳光和海水,悠哉游哉。但是平静的生活即将被打破,很快这一切都将彻底改变。

地球名片

地质时期:元古宙-新元古代-埃迪卡拉纪

起止时间:6.35亿年前 – 5.4亿年前

持续时间:0.95亿年

发生事件:雪球地球结束,宏体动物出现

代表生物:埃迪卡拉生物群

代表化石:查恩盘虫,斯普利格蠕虫,莫森水母,三分盘虫,雾河管

【地球演义】第二十一回 埃迪卡拉纪-失乐园(中)

在大饼一样的埃迪卡拉动物之间,还有另一些多细胞动物在活动。光看外表,它们似乎也没有什么不同,一样是软绵绵肉嘟嘟的一团。身体构造像一个细小的圆筒,筒壁是一层胶质,内外两侧各有一层细胞。筒底固着在海底,筒顶有唯一的开口,开口周围有一些柔软的触须,随着水流漂摆不定。

  当有小动物碰到触须时,这个小圆筒会做一些简单的捕食动作:触须上的一些细胞被触发,弹射出锋利的丝箭,刺入被害者体内,毒液跟着流入,在瞬间杀死猎物。然后,触须们开始有条不紊地收缩,把猎物拖入开口。最后,圆筒内壁的细胞开始分泌消化液,消融猎物的身体,吸收营养,分享给所有的细胞。

安徽蓝田生物群中的疑似动物化石(袁训来等:蓝田生物群: 一个认识多细胞生物起源和早期演化的新窗口,2012),它们的形态很接近现存的水螅(下图)。

  但这些看似简单的动物,却是演化史上的一个突破:它们拥有最初级的神经和肌肉系统,可以对外界刺激作出反应动作。它们的消化系统虽然原始到只有一个进食和排便共用的开口,但却史无前例地实现了细胞外消化。分解和吸收猎物不再是每个细胞单打独斗,而是在消化腔里由专门的细胞合力完成。于是,那些海绵和大饼们对付不了的,个体较大,有外壳保护的浮游动物,成为了新生的刺胞动物的猎物。

刺细胞(上图)为刺胞动物所特有(废话,所以它们叫刺胞动物),它们是最早装备毒液的动物。现代的一些刺胞动物,比如大名鼎鼎的僧帽水母(下图),能够对人造成严重的伤害,甚至致命。

  神经系统和肌肉细胞的进一步发展和协作,赋予了刺胞动物那个时代最强的运动能力。它们可以在海底缓慢地爬行,尺蠖式地蠕动或者翻几个筋斗。一些刺胞动物发展出新的生活方式:它们舒展身体,在海流里漂荡,有规律地收缩肌肉保持平衡。最早的水母出现了,直到6亿年后,它们的后代依然在海洋中漂游。

刺胞动物的身体结构和生活方式,分为固着的水螅型和漂游的水母型两种。一些种类,比如海月水母,会在不同的世代(有性世代,无性世代)分别呈现水螅型和水母型。

埃迪卡拉纪的莫森水母化石。由于没有硬质结构,水母的化石极其罕见。

  从此以后,海洋成为了立体的舞台,动物们活跃在各个深度,拉开生存大战的序幕。

地球名片

生物分类:动物界-刺胞动物门

存在时间:埃迪卡拉 纪 至现代

现存种类:约11000种

化石种类:不明

代表特征:双胚层,辐射对称,刺细胞

代表物种:绿水螅,海月水母,脑珊瑚,矶海葵

【地球演义】第二十一回 埃迪卡拉纪-失乐园(下)

宁静富饶的海洋中,埃迪卡拉动物群一派繁荣兴旺:一米长的狄更迅水母铺展开大饼一样的身体,平静地伏在海底,在它的身旁,三分盘虫,查恩盘虫,斯瓦塔须靶和雾河管随着海流微微晃动,把每个细胞都沐浴在充满食物和氧气的海水里。在它们的头上——当然,这种说法不确切,因为这个时候没有动物有真正的头。莫森水母和其他水母漂漂荡荡,用带有毒刺的出手捕获微小的浮游动物。

埃迪卡拉纪的海洋生态系统,图中的动物在寒武纪生命大爆发前全部灭绝了,它们似乎和之后的动物没有任何亲缘关系,像是一群失败的演化试验品。

  这种悠然自得的生活似乎可以永远持续下去,即将到来的,是寒武纪多细胞动物的爆炸式发展。然而,在埃迪卡拉纪和寒武纪之间,却有着一道几乎不可逾越的鸿沟,几乎所有已知的埃迪卡拉纪的动物,除了一种单细胞有孔虫之外,都在寒武纪生命大爆发前销声匿迹。就像暖场演员一样,它们在正式演出开始之前,早早地谢幕离开了。

  这道鸿沟被称为埃迪卡拉纪末期大灭绝(End-Ediacaran Extinction),它无情地分隔了元古宙和显生宙,绝大多数动物都没能成为跨入新时代的幸运儿。

埃迪卡拉动物群只留下了这些奇形怪状的化石,它们的内部构造,生活习性和生命周期,已经永远不得而知了。  

  其实先兆早已出现。

  在海浪中漂流的水母们,似乎都是些半透明的胶质团,但仔细看,其中有一些的行为却明显不一样。它们不再随机地捕捉那些被水流冲到触手上的小动物,而是活跃地游动,遇到体型接近的水母,就张开身体整个包住,慢慢消化——它们是栉水母,演化出了最早的吞食功能。肌肉系统和神经系统的进一步协作,使栉水母不再随波逐流,而是主动地追踪猎物。水母们开始被集体猎杀。

像大白鲨一样张开大嘴的瓜水母(一种现代栉水母),它活跃地游动,把遇到的其他水母和栉水母整个吞下去。

  类似的情况也发生在海底。一只蠕虫在沙地上留下了这样的痕迹:

埃迪卡拉纪的动物爬痕化石。

  这只看似简单(实际上也真的很简单)的蠕虫是动物演化史上的巨人:它拥有一个无与伦比的特征:两侧对称。它的身体有前后端之分(虽然没有头部),肌肉系统沿身体的中轴线排列,使它可以沿固定的方向移动。虽然没有眼睛和大脑,但它的神经系统已经足够辨别食物和沙子。当它爬到狄更迅水母上,会翻出自己的消化系统,用消化液慢慢消融猎物,吮吸汁液。可怜的狄更迅水母虽然能长到1米长,但没有活动能力,基本就是个大肉饼,面对蠕虫的攻击没有任何防御手段。

埃迪卡拉纪的斯普利格蠕虫化石(上图),它很可能是地球上最早的两侧对称动物,就像现代的扁形虫(下图)。

  埃迪卡拉动物终于失去了自己的乐园,演化产生了更复杂的猎食者,拥有更高效的杀戮工具。它们将跨越埃迪卡拉纪末期大灭绝,进入显生宙的新时代。

地球名片

生物分类:动物界-栉水母动物门

存在时间:埃迪卡拉纪? 至 现代

现存种类:约110种

化石种类:不明

代表特征:双胚层,辐射对称,粘液细胞

生存环境:海洋

代表物种:球栉水母,瓜水母

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