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《寒武紀大爆發》:光與演化史上最巨大的謎團

書名:《寒武紀大爆發》
作者:派克Andrew Parker 
出版社:貓頭鷹/城邦文化 
出版時間:2022年1月8日
書名:《寒武紀大爆發》
作者:派克Andrew Parker
出版社:貓頭鷹/城邦文化
出版時間:2022年1月8日

1858年,達爾文在《物種源始》中提到:從化石紀錄來看,物種數量在寒武紀左右突然有了爆炸性的成長。在寒武紀開始後,三葉蟲、貝類等等擁有硬質身體結構的生物突然出現,物種數量也有如「大霹靂」一般快速增長。這個物種快速暴增的現象被稱為「寒武紀大爆發」,是演化史上的劃時代事件,但時至今日,寒武紀大爆發為何發生仍舊是一個巨大的謎團。

牛津大學動物學家派克全面檢視遠古化石證據,抽絲剝繭一步步重建寒武紀的繽紛世界。從寒武紀出乍現的天光到眼睛的誕生,派克提出,光與視覺就是開啟寒武紀物種大爆發關鍵的催化劑!(編按)

文/派克Andrew Parker

「光開關」理論

若將地質年代分為二部分:前視覺時代與後視覺時代,則區隔這兩個時代的界線,就位於五億二千二百萬年前。若將視覺視為地球上最有力的刺激,則現今世界的運作方式,與寒武紀大爆發以後的一千萬年前、一億年前和五億二千一百萬年前無異。同樣的,五億二千三百萬年前那個沒有視覺的世界,正如六億年前的世界。在這二段生命史之間,光的開關打開了。雖然在前視覺時代,光的開關始終關閉;但在後視覺時代,光開關依然保持開啟的狀態。

我們知道視覺對現今動物的外形設定了很多限制,但在寒武紀之前的世界,由於生物沒有眼睛,因此光並未扮演這樣的角色。當時光在動物的行為系統裡,並不是一個重要的刺激。只有擁有眼睛的動物,才能利用視覺(我指的是產生視覺影像的能力)。很多簡單的動物會利用光線來判斷陽光的方向。在加拿大伯吉斯採石場的雪中發現的藻類就是證據,牠們有紅色的眼點但卻沒有視覺。不過這與視覺無關。事實上有些植物甚至擁有簡單的光線偵測器,可以控制營養生長和花芽發育的轉換。不過這種形式的光線偵測並不是視覺。視覺是利用光線知覺並分類物體的能力,或者說視物的能力。

(圖/Unsplash)
(圖/Unsplash)

前寒武時期,只有多細胞動物門中身軀柔軟的動物存在。接下來二頁是一幅生活在前寒武時期環境裡的生物快照,是使用當時最先進的光感知器拍攝下來的照片。

由於當時的動物沒有眼睛,在前寒武時期的環境裡,光或者視覺景象並不是主要的刺激。據推測,前寒武時期的動物擁有化學、聲音及/或觸覺接受器,牠們可能也擁有簡單的光感知器,例如加拿大雪中的藻類,不過無法形成影像。在前寒武時期,光是非常不重要的選擇壓力。它對多細胞動物的演化並未產生直接影響(它對以行光合作用的藻類為食的動物,可能有間接影響,行光合作用的藻類只能生長在有陽光的地區)。

競爭和掠食並非前寒武時期的主要選擇壓力,不過它們確實占有一席之地。前寒武時期的埃迪卡拉動物是逐步發展形成大腦,牠們發展能取得環境線索或信息並處理資訊的方式,也演化形成咀嚼的能力,同時還漸漸發展出堅硬不彎曲的原始附肢。前寒武時期的生痕化石或足印顯示,生物可用腿將軀體撐離地面。不過,如同現今黑暗洞穴裡的環境,前寒武時期的演化通常速度緩慢,若未出現單一的極端事件,將會持續以逐步的方式進行演化。從生物軀體的角度來看,這似乎類似於其他任何一次的演化創新事件,這樣的事件在生命史上發生過許多次。不過這次的事件不同以往:它以前所未見的規模,永遠地改變了世界。在前寒武時期末期,雖然大部分的動物門正逐漸演化,但軟體型三葉蟲卻發生了重大的轉化。有片感光細胞正變得愈來愈精密,它被畫分為幾個不同的單元,供應各個單元的神經數量變得愈來愈多,而它們負責供應的腦細胞數量也同樣增多,這些神經和腦細胞若非增殖而來,就是借自其他感覺的配線與處理系統,然後各個單元的外層開始增長並取得聚焦屬性。於是有一天,所有的單元都攀上頂點──複眼已經形成。

三葉蟲化石。(圖/Unsplash)
三葉蟲化石。(圖/Unsplash)

出現影像了!某種感覺的新詮釋已進入動物世界……不過這不是普通的感覺。最有強而有力的感覺,隨著一隻原始型三葉蟲(在牠轉變為三葉蟲期間)的誕生而衝出束縛:牠是第一隻擁有眼睛的動物。地球史上首度有隻動物睜開牠的眼睛。當牠這麼做的時候,首次實際點燃海底與水中的萬事萬物。每隻爬過海綿的蠕蟲,每隻漂浮在海中的水母,都能立即在牠的眼中形成影像。地球上的光開關被打開了,這終結了前寒武時期的特徵──逐步演化。

●本文摘自 貓頭鷹出版社 出版之《寒武紀大爆發》。


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