物種的滅絕與演化

1、物種的滅絕與演化地球生命歷程中的物種滅絕可以分為兩類：常規(guī)滅絕和集群滅絕。常規(guī)滅絕(normal extinction)也稱為背景滅絕，指在各個(gè)時(shí)期不斷發(fā)生的滅絕。集群滅絕(mass extinction)，指的是，在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大規(guī)模的生物滅絕，往往涉及一些高級(jí)分類單元，如科、目、綱甚至更高級(jí)別的生物滅絕，此外，生態(tài)上和分類上無關(guān)的類群往往近乎同時(shí)滅絕。集群滅絕之后往往伴隨有適應(yīng)輻射，因此在生物演化中起重要作用。大約在38億年前，一個(gè)原始的地殼形成，其上布滿了湖泊、水池和水洼，混合著火山灰。當(dāng)時(shí)火山活動(dòng)頻繁，大氣主要由氮?dú)?、一氧化碳、水蒸氣和氫氣等?gòu)成。太陽(yáng)紫外線輻射強(qiáng)烈，閃電、宇宙射

2、線等提供了各種形式的能量。地球上的各種氣體成分之間發(fā)生了一系列的化學(xué)反應(yīng)，形成了簡(jiǎn)單低分子量的有機(jī)物。這些簡(jiǎn)單低分子量的有機(jī)物與地表水體相互作用，形成了含有有機(jī)化合物的水溶液。這些含有有機(jī)化合物的水溶液最終匯集到原始的海洋中，孕育出原始的原核生物。這些原核生物可能是厭氧化學(xué)異養(yǎng)型原核生物，也可能是化學(xué)無機(jī)自養(yǎng)的，以二氧化碳作為唯一的碳源進(jìn)行硫呼吸（氫被硫氧化產(chǎn)生硫化物）獲得能量。隨著光合細(xì)菌和藍(lán)藻這一類光合自養(yǎng)生物的產(chǎn)生，大氣中開始出現(xiàn)氧氣。氧氣含量的增加，為真核生物的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。大約在19億年前，單細(xì)胞真核生物誕生。大約12億年前，最原始的單細(xì)胞動(dòng)物誕生。大約10億年前，高級(jí)藻類出現(xiàn)。在

3、距今約5.8億年前，埃迪卡拉動(dòng)物群出現(xiàn)。在距今約5.6億年前，埃迪卡拉動(dòng)物群集群滅絕。在距今約5.44億年前，突然出現(xiàn)大量多樣性很高的多細(xì)胞動(dòng)物，其面貌與埃迪卡拉動(dòng)物群迥然不同。人們把這一現(xiàn)象稱之為“寒武紀(jì)大爆發(fā)”（Cambrian explosion）。寒武紀(jì)最顯著的特點(diǎn)，就是具有硬殼的不同門類的無脊椎動(dòng)物如雨后春筍般的出現(xiàn)，這些動(dòng)物，包括節(jié)肢動(dòng)物、軟體動(dòng)物、腕足動(dòng)物、古杯動(dòng)物以及筆石、牙形刺等。它們的飛速涌現(xiàn)，形成了生物大爆炸的壯觀局面，帶來了生物從無殼到有殼這一進(jìn)化歷程中的重大飛躍。試想，在寒武紀(jì)之前，地球上一遍荒寂，海洋中的生物寥寥無幾，那時(shí)的世界與寒武紀(jì)有多么巨大的差異啊。只有到了寒

4、武紀(jì)，地球才呈現(xiàn)出欣欣向榮的面貌，而改變地球面貌的恰恰是這些眾多的生物。生物從無殼到有殼，給我們帶來了兩方面的信息，首先是生存環(huán)境向更有利的方面變化，寒武紀(jì)時(shí)淺海面積擴(kuò)大，海水溫暖，含有正常鹽分和大量溶解了的碳酸鈣，滿足了無脊椎動(dòng)物分泌硬體骨骼的需要；其次，生物具備硬殼后通過變革改變了棲息條件同時(shí)增強(qiáng)了自我保護(hù)功能，在生存競(jìng)爭(zhēng)中向有利于自身方面發(fā)展。但寒武紀(jì)（5.44億年前至5.05億年前）時(shí)期的動(dòng)植物只生活在海洋里，陸地上只有少量原核生物。這一時(shí)期的代表動(dòng)物是三葉蟲和鸚鵡螺。三葉蟲出現(xiàn)后，在整個(gè)早古生代(包括寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)和志留紀(jì))都可作為眾多生物的代表，它們和許多其它生物一起共同揭開了地球

5、走進(jìn)生物多樣化的序幕，從此，一個(gè)欣欣向榮的生物世界才真正出現(xiàn)。晚古生代時(shí)三葉蟲數(shù)量隨著門類眾多的海洋無脊椎動(dòng)物的大量涌現(xiàn)而減少，中生代到來時(shí)終于絕滅。寒武紀(jì)末，無頜類在海洋中誕生，成為最早的脊椎動(dòng)物。4.7億年前，綠藻開始移居到陸地的氣生環(huán)境中；緊接著，真菌類也開始移居到陸地的氣生環(huán)境中。綠藻與真菌的共生體即為地衣。4.38億年前，苔蘚植物在陸地上誕生。4億年前，蠕蟲和節(jié)肢動(dòng)物在陸地上生存下來。3.6億年前，蕨類植物在陸地上誕生。奧陶紀(jì)是早古生代海侵最廣泛的時(shí)期，這為無脊椎動(dòng)物的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了有利的條件。這一時(shí)期，海生無脊椎動(dòng)物不僅門類和屬種大量豐富，在生態(tài)習(xí)性上也有重要的分異。主要生物種類

6、除三葉蟲外，還有筆石、鸚鵡螺、牙形刺動(dòng)物、腕足類、腹足類等，奧陶紀(jì)還出現(xiàn)了原始的魚形動(dòng)物無頜類。當(dāng)時(shí)的海洋中，各式各樣的筆石隨處漂蕩，各種鸚鵡螺在四處覓食，三葉蟲及腕足類在海百合組成的“叢林”中緩緩爬行，還有許多蠕蟲類和節(jié)肢動(dòng)物藏匿在藻叢和泥沙中，一派生機(jī)勃勃的景象。 談到奧陶紀(jì)就不能不涉及鸚鵡螺，因?yàn)檫@種動(dòng)物在奧陶紀(jì)的海洋中非常繁盛。鸚鵡螺屬于頭足類動(dòng)物，而頭足類全部生活在海洋中，從淺海到大洋深處，從熱帶到寒帶都有它們的蹤跡。如果我們把無脊椎動(dòng)物稱作低等動(dòng)物，脊椎動(dòng)物(包括人類)為高等動(dòng)物，那么頭足類就是低等動(dòng)物中最高極的種類。在生物分類位置上，頭足類被稱作頭足綱，包括烏賊、章魚和鸚鵡螺等。

7、它們的身體兩側(cè)對(duì)稱，頭部極其發(fā)達(dá)，具有一對(duì)銳利的眼睛。之所以稱它們?yōu)轭^足類，是因?yàn)樗鼈兊念^和足部全都發(fā)育在身體的同一側(cè)，足在頭部的口周圍分裂成8-10條腕或觸手，能夠捕抓獵物、抵御敵害。頭足綱屬于軟體動(dòng)物門，因此也具有殼，只不過有的種類殼在體外，有的種類殼在體內(nèi)或者退化消失。頭足類具有由頭部神經(jīng)節(jié)組成的腦，雌雄異體，因此無論從那個(gè)角度來說，頭足類都是在無脊椎動(dòng)物中與眾不同、非常進(jìn)步的生物，它們從寒武紀(jì)時(shí)就已出現(xiàn)，迅速在奧陶紀(jì)發(fā)展成為海洋中的一霸。奧陶紀(jì)海洋中分布最廣的頭足類是角石。角石具有堅(jiān)硬的外殼，顧名思義，角石外殼的形狀象?；蜓虻慕?，一般是直的，也可以是彎的或盤卷的。角石從開始發(fā)育到最終長(zhǎng)

8、成，殼的直徑逐漸變大，肉體生長(zhǎng)時(shí)不斷前移并分泌鈣質(zhì)的殼，最后著生在殼體最前部，形成住室。住室后面向殼的尖端一方則形成一系列的氣室，氣室對(duì)角石的升降和平衡具有重要的作用。角石死亡以后，肉體通常很難保存，只有硬殼才能夠保存成為化石。角石殼的外表不一定都是光滑的，許多種類殼的表面發(fā)育有不同的紋飾，如結(jié)節(jié)、瘤、各種橫紋、豎紋等，體內(nèi)隔壁、體管等構(gòu)造也很不相同，它們都是重要的鑒定依據(jù)。志留紀(jì)（4.39億年前至4.09億年前）末，棘魚類、盾皮魚類和軟骨硬鱗魚類產(chǎn)生。4億年前，軟骨魚（最原始的鯊魚裂口鯊）誕生。泥盆紀(jì)（4.09億年前至3.63億年前）晚期，肉鰭魚類進(jìn)化出早期的兩棲動(dòng)物魚石螈，標(biāo)志著脊椎動(dòng)物由

9、水生向陸生的轉(zhuǎn)變。3.5億年前，蕨類植物已相當(dāng)繁茂，兩棲動(dòng)物也得到長(zhǎng)足發(fā)展。石炭紀(jì)（3.63億年前至2.9億年前）也因此成為兩棲動(dòng)物和蕨類植物的時(shí)代。晚石炭紀(jì)，兩棲綱進(jìn)化出爬行綱。石炭紀(jì)末期，裸子植物產(chǎn)生。二疊紀(jì)（2.9億年前至2.45億年前）末，全骨魚類誕生。三疊紀(jì)（2.45億年前至2.08億年前）早期，爬行綱發(fā)展迅速，并開始重返大洋，魚龍類、幻龍類和蛇頸龍類在這一時(shí)期出現(xiàn)。在三疊紀(jì)晚期，恐龍和最原始的哺乳動(dòng)物出現(xiàn)。侏羅紀(jì)（2.08億年前至1.46億年前）和白堊紀(jì)（1.46億年前至6500萬年前）時(shí)期，恐龍發(fā)展迅速，演化出多個(gè)門類。中生代（2.45億年前至6500萬年前）也因此成為爬行動(dòng)物和

10、裸子植物的時(shí)代。侏羅紀(jì)晚期，被子植物和最早的鳥類誕生。大約在300萬年前，南方古猿從哺乳綱靈長(zhǎng)目的一支進(jìn)化而來，并最終進(jìn)化到今天的人類。其中，奧陶紀(jì)末、晚泥盆紀(jì)、二疊紀(jì)末、三疊紀(jì)末和白堊紀(jì)末均發(fā)生過物種的集群滅絕。4.4億年前的奧陶紀(jì)末期，當(dāng)時(shí)約85%的物種滅亡。古生物學(xué)家認(rèn)為這次物種滅絕是由全球氣候變冷造成的。在大約4.4億年前，現(xiàn)在的撒哈拉所在的陸地曾經(jīng)位于南極，當(dāng)陸地匯集在極點(diǎn)附近時(shí)，容易造成厚厚的積冰-奧陶紀(jì)正是這種情形。大片的冰川使洋流和大氣環(huán)流變冷，整個(gè)地球的溫度下降了， 冰川鎖住了水，海平面也降低了，原先豐富的沿海生態(tài)系統(tǒng)被破壞了，導(dǎo)致了85%的物種滅絕。3.65億年前的晚泥盆紀(jì)

11、，海洋生物大量滅絕，如無頜類的莫氏魚、缺甲類甲胄魚、骨甲類甲胄魚、異甲類甲胄魚、花鱗魚類、盔甲魚類、盾皮魚類和切頸魚類均在這一時(shí)期滅絕。這次物種滅絕的原因可能也是全球氣溫下降和海洋退卻。距今約2.5億年前的二疊紀(jì)末期，發(fā)生了有史以來最嚴(yán)重的大滅絕事件，估計(jì)地球上有96%的物種滅絕，其中90%的海洋生物和70%的陸地脊椎動(dòng)物滅絕，。三葉蟲、海蝎以及重要珊瑚類群全部消失。陸棲的單弓類群動(dòng)物和許多爬行類群也滅絕了。 這次大滅絕使得占領(lǐng)海洋近3億年的主要生物從此衰敗并消失，讓位于新生物種類， 生態(tài)系統(tǒng)也獲得了一次最徹底的更新，為恐龍類等爬行類動(dòng)物的進(jìn)化鋪平了道路。 科學(xué)界普遍認(rèn)為，這一大滅絕是地球歷史

12、從古生代向中生代轉(zhuǎn)折的里程碑。其他各次大滅絕所引起的海洋生物種類的下降幅度都不及其16， 也沒有使生物演化進(jìn)程產(chǎn)生如此重大的轉(zhuǎn)折?？茖W(xué)家認(rèn)為，在二疊紀(jì)曾經(jīng)發(fā)生海平面下降和大陸漂移， 這造成了最嚴(yán)重的物種大滅絕。那時(shí)，所有的大陸聚集成了一個(gè)聯(lián)合的古陸，富饒的海岸線急劇減少，大陸架也縮小了，生態(tài)系統(tǒng)受到了嚴(yán)重的破壞,很多物種的滅絕是因?yàn)槭チ松婵臻g。更嚴(yán)重的是，當(dāng)淺層的大陸架暴露出來后，原先埋藏在海底的有機(jī)質(zhì)被氧化，這個(gè)過程消耗了氧氣，釋放出二氧化碳。大氣中氧的含量有可能減少了，這對(duì)生活在陸地上的動(dòng)物非常不利。隨著氣溫升高，海平面上升，又使許多陸地生物遭到滅頂之災(zāi)， 海洋里也成了缺氧地帶。地層中

13、大量沉積的富含有機(jī)質(zhì)的頁(yè)巖是這場(chǎng)災(zāi)難的證明。這次大滅絕可能是由氣候突變、沙漠范圍擴(kuò)大、火山爆發(fā)等一系列原因造成的。距今1.95億年前的三疊紀(jì)末期，估計(jì)有76%的物種，其中主要是海洋生物在這次滅絕中消失。 這一次災(zāi)難并沒有特別明顯的標(biāo)志，只發(fā)現(xiàn)海平面下降之后又上升了，出現(xiàn)了大面積缺氧的海水。距今6500萬年前白堊紀(jì)末期， 是地球史上第二大生物大滅絕事件，約75%80%的物種滅絕。在五次大滅絕中，這一次大滅絕事件最為著名，因?yàn)殚L(zhǎng)達(dá)14000萬年之久的恐龍時(shí)代在此終結(jié)而聞名， 海洋中的菊石類、魚龍、幻龍、蛇頸龍也一同消失，同時(shí)空中還有翼龍和部分鳥類的滅絕。 這一次災(zāi)難可能來自于地外空間的小行星撞擊和

14、地球上的火山噴發(fā)。在白堊紀(jì)末期發(fā)生的一次或多次隕星雨造成了全球生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。 撞擊使大量的氣體和灰塵進(jìn)入大氣層，以至于陽(yáng)光不能穿透， 全球溫度急劇下降，這種黑云遮蔽地球長(zhǎng)達(dá)數(shù)年之久，植物不能從陽(yáng)光中獲得能量， 海洋中的大量藻類和陸地上成片的森林逐漸死亡，食物鏈的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)被破壞了，大批的動(dòng)物因饑餓而死。這次物種大滅絕最大的貢獻(xiàn)在于消滅了地球上處于霸主地位的恐龍及其同類， 并為哺乳動(dòng)物及人類的最后登場(chǎng)提供了契機(jī)。自從人類出現(xiàn)以后，特別是工業(yè)革命以后， 由于人類只注意到具體生物源的實(shí)用價(jià)值，對(duì)其肆意地加以開發(fā)， 而忽視了生物多樣性間接和潛在的價(jià)值，使地球生命維持系統(tǒng)遭到了人類無情地蠶食。 科學(xué)家估

15、計(jì)， 如果沒有人類的干擾，在過去的2億年中，平均大約每100年有90種脊椎動(dòng)物滅絕，平均每27年有一個(gè)高等植物滅絕。 在此背景下，人類的干擾，使鳥類和哺乳類動(dòng)物滅絕的速度提高了100-1000倍。 1600年以來，有記錄的高等動(dòng)物和植物已滅絕724種。 而絕大多數(shù)物種在人類不知道以前就已經(jīng)滅絕了。 經(jīng)粗略測(cè)算，400年間， 生物生活的環(huán)境面積縮小了90%，物種減少了一半，其中由于熱帶雨林被砍伐對(duì)物種損失的影響更為突出。估計(jì)從1990-2020年由于砍伐熱帶森林引起的物種滅絕將使世界上的物種減少5%-15%， 即每天減少50-150種。在過去的400年中， 全世界共滅絕哺乳動(dòng)物58種，大約每7年就滅絕一個(gè)種，這個(gè)速度較正?；涗浉?-70倍；在二十世紀(jì)的100年中，全世界共滅絕哺乳動(dòng)物23種，大約每4年滅絕一個(gè)種，這個(gè)速度較正常化石記錄高13-135倍。 以下是一組來自國(guó)家環(huán)保總局的最新數(shù)據(jù) ： 中國(guó)被子植物 有珍稀瀕危種1000種，極危種28種，已滅絕或可能滅絕7種 ；裸子植物瀕危和受威脅63種