寒武纪生物大爆发对达尔文理论的驳斥

寒武纪生命大爆发与达尔文理论摘要：在距今约6亿年前的寒武纪地层中，发现了大量的带壳、具骨骼的海洋无脊椎动物化石，而在寒武纪之前更为古老的地层中长期以来却找不到动物化石的现象，这一爆发式的生物演化事件被称为“寒武纪生命大爆发”，它对达尔文的渐进式生物进化理论提出了新的诘难。本文试图通过归纳近年来古生物学、地质学的发现以及现代分子生物学研究的最新成果,解释寒武纪生命大爆发的成因和机制，总结寒武纪生命大爆发与达尔文理论之间的矛盾关系。关键词：达尔文理论寒武纪生命大爆发1前言寒武纪大爆发是不可思议的突发性演化事件，大量的化石证据对达尔文进化论提出挑战。科学家试图解开这个生物巨变的疑谜，作出种种有趣的猜测。但至今没有令人满意的答案。通过研究丰富的化石信息，科学家们为揭示寒武纪大爆发的谜团提出了种种假说。陈均远研究员提出寒武纪生物突变具有极明显的自发性进化行为的设想；舒德干教授提出“寒武纪暖水与冷水两大古生物地理分区”的假说等。但目前还没有一个清晰、证据确凿、令人信服的解释，科学家们也在继续致力于实地考察和研究，以求早日完全解开“寒武纪大爆发”的谜底。2达尔文及达尔文主义2.1达尔文简介查尔斯·罗伯特·达尔文（CharlesRobertDarwin），英国生物学家，进化论的奠基人。他曾乘贝格尔号舰作了历时5年的环球航行，对动植物和地质结构等进行了大量的观察和采集，经过综合探讨，形成生物进化的概念。1859年出版了震动当时学术界的划时代的著作《物种起源》，书中用大量资料证明了形形色色的生物都不是上帝创造的，而是在遗传、变异、生存斗争中和自然选择中，由简单到复杂，由低等到高等，不断发展变化的，提出了生物进化论学说，从而动摇了各种唯心的神造论和物种不变论。除了生物学外，他的理论对人类学、心理学及哲学的发展都有不容忽视的影响。2.2进化论2.2.1特创论和目的论中世纪的西方，基督教圣经把世界万物描写成上帝的特殊创造物。这就是所谓特创论。与特创论相伴随的目的论则认为自然界的安排是有目的性的，“猫被创造出来是为了吃老鼠，老鼠被创造出来是为了给猫吃，而整个自然界创造出来是为了证明造物主的智慧”。2.2.2不变论与转变论从15世纪后半叶的文艺复兴到18世纪，是近代自然科学形成和发展的时期。不变论观点这个时期在科学界占统治地位。当时这种观点被牛顿和林奈表达为科学的规律：地球由于所谓第一推动力而运转起来，以后就永远不变地运动下去，生物种原来是这样，现在和将来也是这样。到了18世纪下半叶，康德的天体论首先在不变论自然观上打开了第一个缺口；随后，转变论的自然观就在自然科学各领域中逐渐形成。这个时期的一些生物学家，往往在两种思想观点中彷徨。例如林奈晚年在其《自然系统》一书中删去了物种不变的词句；法国生物学家布丰虽然把转变论带进了生物学，但他一生都在转变论和不变论之间徘徊。拉马克在1809年出版的《动物哲学》一书中详细阐述了他的生物转变论观点，并且始终没有动摇。2.2.3活力论与拉马克主义：“活力论”承认生物种可以转变，但把进化原因归于非物质的内在力量，认为是生物的“内部的力量”即活力驱动着生物的进化，使之越来越复杂完善。活力论缺乏实际的证据，是一种唯心的臆测。最有名的活力论者就是法国生物学家拉马克。后人把拉马克对生物进化的看法称为拉马克学说或拉马克主义，其主要观点是：①物种是可变的，物种是由变异的个体组成的群体。②生物本身存在着一种内在的“意志力量”驱动着生物由低的等级向较高的等级发展变化。③生物为了适应环境而发生改变，环境的多样化是生物多样化的根本原因。④在环境影响下所发生的定向变异，即后天获得的性状，能够遗传。如果环境朝一定的方向改变，由于器官的用进废退和获得性遗传，微小的变异逐渐积累，终于使生物发生了进化。拉马克的理论得到当时许多遗传学家的支持。某些拉马克学说的追随者们虽然抛弃了拉马克的具有唯心主义色彩的内在意志概念，但仍强调后天获得性遗传，并认为这是进化的主要因素。还有的科学家强调生物在环境的直接影响下能够定向变异、获得性能够遗传。这些观点被称为新拉马克主义。后天获得性则多属于表型变异，现代遗传学已证明它是不能遗传的。2.2.4达尔文主义与自然选择学说1858年7月1日达尔文与华莱士在伦敦林奈学会上宣读了关于物种起源的论文。后人称他们的自然选择学说为达尔文-华莱士学说。达尔文在1859年出版的《物种起源》一书中系统地阐述了他的进化学说。达尔文进化论的核心内容是：自然选择(naturalselection),可归纳为繁殖过剩、生存斗争、变异、适者生存和遗传五大部分,即生物都有繁殖过剩的倾向，而生存空间和食物是有限的，所以生物必须“为生存而斗争”。在同一种群中的个体存在着变异，那些具有能适应环境的有利变异的个体将存活下来，并繁殖后代，不具有有利变异的个体就被淘汰。达尔文认为，自然选择过程是一个长期的、缓慢的、连续的过程，而剧变、飞跃则是浩瀚进化过程中“短暂的插曲”。他提出如果自然条件的变化是有方向的，则在历史过程中，经过长期的自然选择，微小的变异就得到积累而成为显著的变异。由此可能导致亚种和新种的形成。由于生物所在的环境是多种多样的，而生物适应环境的方式也是多种多样的，所以，经过自然选择也就形成了生物界的多样性。生物有共同的起源,因而表现了生命的同一性和生物进化的不间断性;达尔文学说的精髓经过百余年至今乃不失其灿烂的科学价值,在学术界产生深远的影响，但限于历史条件及当时的科学技术水平、人类对自然界的认识程度,也还明显地带有历史的局限性。从现代的角度来看达尔文的进化理论还存在着若干问题：①他的自然选择原理是建立在当时流行的“融合遗传”假说之上的。按照融合遗传的概念，父、母亲体的遗传物质可以像血液那样发生融合；这样任何新产生的变异经过若干世代的融合就会消失，变异又怎能积累、自然选择又怎能发挥作用呢?②达尔文过分强调生物进化的渐变性；他深信“自然界无跳跃”，用“中间类型绝灭”和“化石记录不全”来解释古生物资料所显示的跳跃性进化。他的这种观点近年来正越来越受到间断平衡论者和新灾变论者的猛烈批评。如果达尔文知道奥地利遗传学家孟德尔的实验，就不会在遗传问题上陷入绝境了。孟德尔在1865年就已经发现了基因的分离定律和独立分配定律。指出生物遗传并不融合，而是以基因为单位分离地传递，随机地组合。因此，只要群体足够大，在没有外来因素（比如自然选择）的影响时，一个遗传性状就不会消失。在自然选择的作用下，一个优良的基因能够增加其在群体中的频率，并逐渐扩散到整个群体。很显然，孟德尔主义正是达尔文所需要的遗传理论。可惜，孟德尔的发现被当时的科学界完全忽视了。具有讽刺意味的是，当孟德尔主义在1900年被重新发现时，遗传学家们却认为它宣告了达尔文主义的死亡，在他们看来，随机的基因突变，而不是自然选择，才是生物进化的真正动力。只有一些在野外观察动植物行为的生物统计学家仍然信奉达尔文主义，因为他们所观察到的生物对环境的奇妙适应性，是无法用随机的突变来解释的。就在达尔文主义的基础上,产生过不少补充性观点,其中最有代表性的是综合进化论、分子进化论和中性学说、新达尔文主义等等。A.F.L.魏斯曼在1883年用实验来证明获得性遗传的错误，强调自然选择是推动生物进化的动力，他的看法被后人称为新达尔文主义。2.2.5现代综合进化学说20世纪20～30年代首先由R.A.费希尔、S.赖特和J.B.S.霍尔丹等人将生物统计学与孟德尔的颗粒遗传理论相结合，重新解释了达尔文的自然选择学说，形成了群体遗传学。以后C.C.切特韦里科夫、T.多布然斯基、J.赫胥黎、E.迈尔、F.J.阿亚拉、G.L.斯特宾斯、G.G.辛普森和J.W.瓦伦丁等人又根据染色体遗传学说、群体遗传学、物种的概念以及古生物学和分子生物学的许多学科知识，发展了达尔文学说，建立了现代综合进化论。现代综合进化论彻底否定获得性状的遗传，强调进化的渐进性，认为进化是群体而不是个体的现象，并重新肯定了自然选择的压倒一切的重要性，继承和发展了达尔文进化学说。2.2.6中性学说和间断平衡论1968年，日本学者木村资生根据分子生物学的材料提出了分子进化中性学说（简称中性学说）。认为在分子水平上，大多数进化改变和物种内的大多数变异，不是由自然选择引起的，而是通过那些选择上中性或近乎中性的突变等位基因的随机漂变引起的，反对现代综合进化论的自然选择万能论观点。1972年N.埃尔德雷奇和S.J.古尔德共同提出“间断平衡”的进化模式来解释古生物进化中的明显的不连续性和跳跃性，认为基于自然选择作用的种以下的渐进进化模式，即线系渐变模式，不能解释种以上的分类单元的起源，反对现代达尔文主义的唯渐进进化观点。2.3《物种起源》及其意义《物种起源》是一部划时代的著作，出版于1859年11月24日。它是进化论的奠基人达尔文的第一部巨著，在欧洲乃至整个世界都引起轰动。达尔文自己把《物种起源》称为“一部长篇争辩”，它论证了两个问题：第一，物种是可变的，生物是进化的。当时绝大部分读了《物种起源》的生物学家都很快地接受了这个事实，进化论从此取代神创论，成为生物学研究的基石。第二，自然选择是生物进化的动力。《物种起源》全书分为十五编，前有引言和绪论。十五编的目次为：第一，家养状态下的变异；第二，自然状态下的变异；第三，生存斗争；第四，自然选择(即适者生存);第五，变异的法则；第六，学说之疑难；第七，对自然选择学说的各种异议；第八，本能；第九，杂种性质；第十，地质记录的不完整；第十一，古生物的演替；第十二，生物的地理分布；第十三，生物的地理分布续篇；第十四，生物间的亲缘关系：形表学、胚胎学和退化器官；第十五，综述和结论。从前十四个篇目上，可以清晰地看到《物种起源》的内容：讲述生物进化的过程与法则。而在这前14章中，又可以分成3部分，分别是1至5章，6至10章和11到14章。第一部分的内容是全书的主体及核心，标志着自然选择学说的建立。第2部分中作者设想站在反对者的立场上给进化学说提出了一系列质疑，再一一解释，使之化解。这正表现出作者的勇气和学说本身不可战胜的生命力。在第三个大部分，达尔文用它的以自然选择为核心的进化论对生物界在地史演变，地理变迁，形态分宜，胚胎发育中的各种现象进行了令人信服的解释，从而，使这一理论获得了进一步支撑。3寒武纪生命大爆发3.1地球的历史地球共有46亿年的历史，根据有关生命活动迹象的宝贵资料，也是为了研究上的便利，地质学家把漫长的前寒武纪分为太古代、元古代两部分。而太古代之前（地球形成之初－38亿年前）则有多种不同的称呼。3.1.1太古代太古代离我们久远，其时限约从38亿年至26亿年前，长达12亿年。太古代是具有明确地史记录的最初阶段。在这漫长的12亿年间，是地球形成后的初始期，地表到处形成童山和荒漠，由于年代久远，确实很难寻觅到化石，人们对这一时期的生命活动了解得很少。但20世纪后半期，科学家们陆续在南非和澳大利亚获得了重大收获，在变质程度不太剧烈的沉积岩层中发现了叠层石，这是微生物和藻类活动的产物。这是人们迄今为止发现的最古老、最原始的化石，也是在太古代地层中发现的最有说服力的生物证据。此外，人们在这些古老的岩层中还分析出大量的有机化合物（如苯、烃基苯等）和环形化合物（如呋喃、甲醇、乙醛等）。从生物界看，这是原始生命出现及生物演化的初级阶段，当时只有数量不多的原核生物，他们只留下了极少的化石记录。从非生物界看，太古宙是一个地壳薄、地热梯度陡、火山—岩浆活动强烈而频繁、岩层普遍遭受变形与变质、大气圈与水圈都缺少自由氧、形成一系列特殊沉积物的时期；也是一个硅铝质地壳形成并不断增长的时期，又是一个重要的成矿时期。3.1.2元古代元古代的时限自26亿年前至5.7亿年，在这段地史中，原核生物演化为真核细胞生物，形成地史时期的菌-藻类时代。人们在这一时期的古老地层中发现过微古植物化石、宏观藻类化石及叠层石。仅在我们中国，古生物学家就已发现元古代不同时期的微古植物化石80余属、近200个种，生命在元古代得到进一步繁荣，那时的地球已不再是满目荒芜了。在岩石圈构造方面元古代