Only Perception: 科學家發現生命大爆發至少有 2 次以上

2008-01-12

科學家發現生命大爆發至少有 2 次以上

2 explosive evolutionary events shaped early history of multicellular life
http://www.physorg.com/news118593251.html

January 03, 2008

科學家早已知道大部分複雜動物的主要族群都出現在「寒武紀生命大爆發（Cambrian Explosion）」的化石記錄中，在表面上似乎是發生在 5.42 億年前的迅速演化事件。現在維吉尼亞理工（Virginia Tech，VT）的古生物學家，利用嚴格的分析方法，確認出另一起爆炸性演化事件，比寒武紀早發生 3.3 千萬年，早於任何與寒武紀無關之肉眼可見的生命形態之前。他們將這個較早的事件封為「Avalon Explosion」。（譯註：Avalon 是亞瑟王傳說中的仙島，象徵仙境、冥界，亞瑟王著名的湖中劍：王者之劍(Excalibur)就是在此鍛造，傳說他也葬於此。）

這項發現發表在 1/4 當期的 Science 上，指出早期動物的演化中，事實上應當發生過一次以上的生命大爆發。

寒武紀生命大爆發事件指的是在 5.42 億至 5.20 億年前之間的寒武紀初期的地質學短暫時間中，突然出現了大部分的動物族群。雖然動物物種的種類不如現代海洋，不過絕大部份還活著的動物族群都已出現在寒武紀海洋中。"這種生命大爆發演化模式對於達爾文來說是件重要的事，" Shuhai Xiao，VT 地球生物學（geobiology）副教授。"達爾文的看法可由一個上下顛倒的圓錐體來代表，具有一個逐漸擴大中的形態學範圍，不過寒武紀生命大爆發的化石記錄，在那之後則最好以圓柱體來代表，具有以此為基底的形態學輻射，以及此後的形態學侷限（morphological constraint）。"

達爾文認為在寒武紀生命大爆發之前應當有一段漫長且隱匿的動物演化時期，Xiao 說。

不過古生物學家並沒有發現這樣的證據，而且最近科學家已學會生物演化並不是在一條康莊大道上前進。"加速比率能用來描繪許多生物族群的早期演化，" Michal Kowalewski 說， VT 地球生物學教授。

為了要測試是否有其他主要的生命分枝以突然的、爆炸性的方式演化 VT 畢業生 Bing Shen 與 Lin Dong 還有 Xiao 和 Kowalewski 分析了 Ediacara（埃迪卡拉）化石：最古老的複合物、多細胞生物，那從 5.75 億到 5.42 億年前就生活在海洋中，亦即早於寒武紀生命大爆發的生物之前。 "這些 Ediacara 生物與寒武紀動物並沒有祖先--後裔關係，而且它們絕大部份在寒武紀生命大爆發之前就已滅亡，" Shen 說。"而且這個生物族群 -- 絕大部份物種 -- 看來與寒武紀動物有所不同。"

不過這些 Ediacara 生物首先如何演化？Shen 問道。它們也出現爆炸性的演化事件嗎？又或著寒武紀生命大爆發真的是個空前的事件？

"我們在超過 200 種 Ediacara 物種中確定了 50 種特性並且測繪出這些特性的分佈。這些物種在整個 Ediacara 3.3 百萬年的歷史中涵括了三個演化階段，" Shen 說。

這三個連續的階段分別是 Avalon、White Sea、Nama 聚集（assemblages，這些名稱都來自於每階段代表性化石能被找到的地區）。最早期的 Avalon 階段，代表相對物種較少。

然而，令人驚訝的是，一如 Shen 等人所證明的，這些最早期 Ediacara 生命形態已佔據了形態學所有體型（body plans）的範圍，那可經由整個 Ediacara 生物的歷史中認識到。"換言之，Ediacara 生物的主要類型，在整個 Avalon 生命大爆發的歷史初期就已出現，" Dong 說。"隨後，Ediacara 生物在 White Sea 時段多樣化，然後在 Nama 時段衰退。儘管在物種數量上有這種值得注意的盈（waxing）與虧（waning），但 Avalon 生物的形態學範圍在後續的 Ediacara 歷史中未曾超越過。"

Kowalewski 表示，他們的研究團隊並無預料會有這種發現。"利用科學文獻，我們嘗試要創造一個更嚴格的 Ediacara 生物之形態學歷史的重構，" 他說。

過程包括先前動物形態學演化研究所採用定量方法，不過該方法並未應用到謎樣般的 Ediacara 生物上。"我們就個別物種的差異來考量。不過物種或許在其整體體型會十分類似。例如，50 種蒼蠅就其整體體型來說，差異並不會太大 -- 牠們全都呈現出相同的體型。另一方面，一組內包含蒼蠅、青蛙與蚯蚓這三種物種，其形態學變化就很大了。我們從而考慮到生物多樣性不只是就「那裡有多少物種」而論，也可就「呈現出多少種功能互異的體型」而論。我們的方法則結合了這些途徑，" Kowalewski 說。

"此外，此方法依賴將不同形態轉換成數值資料。這種策略讓我們能夠更客觀也更一貫地描述謎樣般的化石生命形態，那大部分以 2D 的壓痕（impressions ）保存，而且其功能、生態學與生理學都了解的不夠澈底，" Kowalewski 說。

科學家們仍不確定 Avalon 生命大爆發期間形態學迅速擴展背後的驅力到底是什麼，以及為何形態學的範圍在後續的 White Sea 與 Nama 階段，並沒有擴張、縮減或變動。

"不過有件事卻毫無疑問 -- 最早期肉眼可見的且複合的（譯註：多細胞）生命也在寒武紀生命大爆發之前經歷過一次生命大爆發事件，" Xiao 說。"顯然，肉眼可見生命的開端在 5.75 億到 5.20 億年前，並不是一次，而是至少有二次主要的、突如其來的形態學爆發階段。"

※ 或許跟當時的環境條件有關。

＊ The Avalon Explosion: Evolution of Ediacara Morphospace
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/319/5859/81