達爾文的黑匣子

一架飛機丟失了黑匣子，我們就不知道它在飛行的過程中到底發生了些什麼事情。地球上幾十億年的生物進化旅途中，存在著大量的缺失環節，使進化過程看上去支離破碎，這也成為達爾文進化論的難題之一。如今，科學家正在尋找記錄了生物進化的「黑匣子」，希望了解整個生物進化歷史中那些重大的轉折。

達爾文的難題

1859年，達爾文的經典著作《物種起源》出版，進化論的思想開始深入人心。不過當時許多進化論的反對者立刻提出了一個反對意見：既然一種生物能夠進化成另一種生物，那麼兩種生物之間的過渡生物為什麼沒有化石保留下來?

詳細點說，如果生物是進化的，從一個物種進化到另一個物種，中間會有許多過渡類型的生物，在地層里留下過渡化石。可是在達爾文的時代，幾乎沒有發現什麼過渡化石。沒有過渡化石，生物是否進化就成了未知數。這成為當時進化論的難題之一。

達爾文自己也清楚進化論的這個難題，他提出，由於含有各種化石的地層並不一定是連續的，有些地層可能缺失了，於是這些地層中含有的化石也就缺失了，這就是沒有找到過渡化石的原因。

達爾文的這個解釋其實有些牽強，反對者繼續質疑：過渡化石應該也有許多種類，為什麼偏偏過渡化石都缺失了，保留下來的都是非過渡化石呢?

就好比說從恐龍進化到鳥類，現在恐龍和鳥類的化石都有，就是沒有從恐龍進化到鳥類過渡時期的化石。這好比一架飛機從北京經東京飛往洛杉磯，人們只承認飛機從北京飛到了洛杉磯，但由於沒有提供記錄飛機飛行情況的黑匣子，所以不承認飛機經停了東京機場。

為此，達爾文無法回答這個問題。

始祖鳥暫時救了達爾文

就在達爾文難以招架過渡化石缺失問題的時候，一件重要的化石在德國橫空出世，救了達爾文和他的進化論一命。這件化石就是始祖鳥化石。

1861年，在德國巴伐利亞州索倫霍芬的一個採石廠，人們發現了一件「帶羽毛的爬行動物」化石。它大小如雞，具有與現代鳥類相似的羽毛，但是嘴裡長滿了牙齒，這可不是現代鳥類具有的特徵。這個怪物的「尾巴」很長，尾椎多達20個，指端具爪。

始祖鳥正是想找的爬行動物和鳥類的中間環節。先來看它像爬行動物的一面：嘴裡長著牙齒，尾椎上的骨頭有20個;骨壁很厚，裡面沒有充空氣;前肢上掌骨沒有癒合，有3枚彼此分離的指骨，指的前端生有爪子。再看它像鳥類的方面：具有鳥類特有的羽毛和叉骨，足上有四趾，其中拇指與另外三趾相對。這種身披羽毛卻滿口具牙的動物，正是達爾文夢寐以求的爬行動物向鳥類過渡的「黑匣子」，始祖鳥證明了鳥類是從爬行動物進化而來的。

始祖鳥剛好在《物種起源》發表後不久被發現，真是太及時了，進化論反對者的「炮火」暫時熄滅了。但是他們心裡並不服氣，因為生物進化是個漫長的過程，只找到一個「黑匣子」，只能算「孤證」，有些人甚至根本否定始祖鳥化石，拒不相信生物在進化。

從150年前達爾文進化論提出的時代到今天，大量的科學家投入到了尋找過渡化石的研究中，他們曾經長期找不到過渡化石，但是最近一些年，由於技術進步，許多「黑匣子」陸續被找到了。

魚類登陸的「黑匣子」

根據進化思想，生物經歷了水生到陸生的演化過程。讓我們先來看看魚類與兩棲動物之間的過渡化石是否找到了。

魚類進化成兩棲動物中的關鍵一步是，大約3.75億年前，一些硬骨魚的瓣狀的魚鰭進化成了四肢。人們曾經找不到這個時期的過渡化石，不過2006年，缺失的一環找到了。美國科學家在加拿大北極地區的埃爾斯米爾島經過4個夏天的挖掘，終於挖到了一隻有四肢的魚類化石。這種魚被命名為提塔利克魚，翻譯過來就是「會行走的魚」。它的「鰭」擁有原始的腕骨及趾頭，可以用來支撐身體。類似手腕的結構可以幫助提塔利克魚在快速移動時穩定身體的底部。

提塔利克魚應該能在岸邊爬行，但它還不是真正的陸地動物。能夠適應陸地生活的兩棲動物還要幾千萬年後才出現在地球上，這之間從3.6億年前到3.45億年前，有一段巨大的過渡化石缺失。這主要是因為當時處於泥盆紀末期，全球生物界發生了一次大絕滅，許多原始的魚類都遭到了滅頂之災，包括提塔利克魚的一種後裔——棘螈，笨重的裝甲魚類——盾皮魚，以及10米長的可怕的鄧氏魚。在這段災難之後，更加現代的輻鰭魚類和鯊魚類統治了海洋，有腿的兩棲動物在陸地上漫步。科學家還沒找到填補這段時期的過渡化石。

恐龍、鳥類的「黑匣子」

二疊紀晚期發生了一次大絕滅，在這次地球歷史上最大的生物界災難中，高達96%的海洋物種和70%的陸地脊椎動物物種消失了。在之後的2000萬年，初龍類動物崛起，它演化出了鱷魚、恐龍以及翼龍等動物門類。

最早的初龍化石發現於三疊紀早期的地層里。此後不久，初龍類似乎就分化成了恐龍和鱷魚類兩支，這段進化過程已經有一些過渡化石被發現了。比如，人們發現了梳棘龍化石，名為「龍」，其實和鱷魚的親緣關係更近，生活在距今2.47億年前，算是從初龍到鱷魚之間的過渡化石。而2012年，科學家在重新研究倫敦自然史博物館內的化石時，意外地發現了尼亞薩龍，生活在距今2.4億年前，很可能是一種非常古老的恐龍，至少與恐龍親緣關係非常近。

現在，鳥類起源於恐龍幾乎已成定論，始祖鳥就是恐龍到鳥的過渡類型。但是直到過了差不多130年，古生物學家才發現了同樣保存精美的帶羽毛的恐龍和鳥類化石。這些化石發現於中國的遼西，在支持了達爾文進化論的同時，也帶來了問題：小型恐龍如何進化出了羽毛和翅膀?

遼西的帶羽毛恐龍的生活年代比始祖鳥早了2000萬年，這之間存在著缺失的環節，科學家還需要找到這段時期的「黑匣子」，來揭開恐龍到鳥的演化秘密。

哺乳動物的「黑匣子」

接下來登上生物界舞台的是哺乳動物了。與兩棲類和初龍類似，現代哺乳動物也是從一次大絕滅事件之後開始蓬勃進化的。6600萬年前一顆小行星撞擊了地球，消滅了身形巨大的恐龍，哺乳動物趁機興起。

但是恐龍絕滅後1000萬年中哺乳動物如何興起，仍然充滿了疑問，需要找到這個時期的「黑匣子」。最近，科學家終於找到了生活在這個時期的已知最古老的靈長類動物——普爾加托里猴的腳踝骨，這種猴子6500萬年前生活在森林裡。

此外，科學家還找到了走鯨，能夠用四條腿在陸地和水中行走的鯨，生活在距今5000萬年前，證明了鯨是陸生哺乳動物逐漸過渡形成的。

我們人類屬於靈長類動物，這個門類是如何出現的呢?2009年，一個4700萬年前的化石——達爾文猴在德國出土，最初人們以為它可能是聯繫早期靈長類到人類的中間環節，就是靈長類起源的「黑匣子」。不過現在科學家已經明白，它只是一種絕滅的靈長類旁支，但是達爾文猴毫無疑問代表了最古老的靈長類群體，能夠通過它研究早期靈長類的解剖結構。

人類進化的「黑匣子」

進化論的反對者中有一些「中間派」，他們承認生物的進化，但是認為人類這種智慧生物太特殊了，不可能由其他動物進化而來。人類到底是不是進化產生的?找到「黑匣子」，就真相大白了。

基因研究告訴我們，與人類親緣關係最近的靈長類是黑猩猩，兩者曾經有共同的祖先。過去人們認為，人類和黑猩猩分化為兩個物種的時間在距今400萬年到600萬年前。不過最近，科學家通過研究兩個物種基因突變率判斷，人類和黑猩猩的共同祖先生活在距今700萬到1300萬年前，然後分化成了兩個不同的物種。

可惜的是，這段時期的過渡化石還沒有發現，無法立刻讓那些「中間派」轉變觀念。不過對於最近幾萬年的人類進化，科學家正在發現越來越多的「黑匣子」。

比如在西伯利亞的丹尼索瓦地區，科學家發現了一種古人類的指骨、腳趾骨和牙齒，觀察這些零碎的東西，我們只能知道這種古人類生活在距今4萬年前。但是通過研究這些骨頭上面的DNA殘留物，科學家發現，這種古人類並不屬於此前發現的任何一種古人類，他們與尼安德特人和現代智人一起生活在冰河時代的歐亞大陸上。

利用基因研究，不僅僅是找到了一個人類的表親這麼簡單。通過基因對比發現，在如今東南亞的巴布亞紐幾內亞人中，他們的基因中有5%來自丹尼索瓦人的基因，西伯利亞古人類的基因怎麼跑到了萬里之外的人種身上?對遠古的尼安德特人的分析也表明，我們中的許多人都有一點兒他們的原始基因。難道我們的祖先曾經和尼安德特人雜交過?

人類化石的不斷發現，以及對這些「黑匣子」的研究，讓我們對人類進化的各個環節有了越來越多的認識。雖然我們還缺少古人類進化最初的「黑匣子」，但人類進化基本上是板上釘釘的事實。

達爾文的對和錯

時至今日，科學家已經發現了許多的進化缺環，這些「黑匣子」充分證明，達爾文關於生物是進化的、存在過渡類型生物的論斷是正確的。雖然還有一些「黑匣子」沒有找到，但我們必須承認，一種生物的確能夠經歷一些過渡類型，變成另一種生物。

科學家尋找過渡化石的過程，也糾正了達爾文的某些錯誤。比如，達爾文認為生物是漸變的，因此從一種生物進化到另一種生物，會有很漫長的過程，有大量的過渡類型生物。但實際上，過渡化石本身就是比較少的，而且從一種生物進化到另一種生物，從地質時間上看是比較短暫的。相對來說，非過渡類型的生物往往生存的時間很漫長。如果還用飛機飛行做比喻的話，就是飛機在經停點的時間(生物過渡時期)很短，而在起飛點和終點站停留的時間(生物穩定時期)很長。

這是為什麼呢?

其實，前面尋找「黑匣子」的過程中，已經有答案了。許多過渡類型生物的出現，都是在一次生物大滅絕事件之後爆發出來的，這主要是因為巨大的災難讓許多生物消失了，在自然界留下了大量的生態空間和嶄新的環境，於是給了那些突變的「古怪」生物更多的生存機會。在較短的時間內，一個物種經過若干過渡類型，就演變成了另一個物種。隨著生態空間和各種環境逐漸被新的生物佔據，生物界變得穩定了下來。在穩定的環境中，突變的生物在那些成功適應環境的生物的包圍之中，很難獲得生存機會。

總之，過渡類型的生物往往只存在於很短的地質時間裡。

而那些含有化石的地層，往往都是沉積岩，這些地層的形成雖然也會與生物有關，但更多的時候，是與水體中的泥沙沉積物的下沉有關的，相對來說，地層的沉積速度是比較穩定的。那些生存在很短的地質時間中的過渡生物，它們的化石也只能保留在很少量的地層中，更多的地層中含有的是那些穩定的物種，而不是過渡生物。生物進化的「黑匣子」，本來就很稀少。

雖然「黑匣子」很少，但在科學家的全力搜索下，它們正在一個個被挖掘出，並把生物進化史上的各種生物連接在一起，生物界幾十億年中波瀾壯闊的進化畫卷，正逐漸變得清晰。

最古老的生命遺迹如何自證其身?

地球上的生命究竟是在何時，以何種形式起源的，至今依然是生物學上最大的謎。尋找生命起源的化石證據，是擺在古生物學家面前的一項艱巨任務。不過，因為地球上最早的生命可能早已消失得無影無蹤，任何痕迹都不會留下，所以他們只好退而求其次，滿足於尋找最古老的化石。留下這類化石的生命雖然不見得是「最早」的，但畢竟在時間上離最早的生命是最近的。

但生命在早期是以單細胞的形式存在的，這些細胞本身就非常微小，要在顯微鏡下才能觀察到。所以倘若你指著顯微鏡底下的一個小斑點說「這是地球上早期單細胞留下的化石」，那麼有人就會詰問「你怎麼知道這是單細胞的化石，而不是與生命無關的地質活動的遺痕呢?」所以，你得要有充足的理由說明這是一塊化石，而不是一塊石頭。

迄今為止，獲得「最古老的生命化石」這一桂冠的，是在澳大利亞西部發現的一群附著在岩石上的、有著34億年「高齡」的小斑點。那麼，它是如何證明自己不是一塊石頭的呢?

首先，細胞是有規則的結構的，而這些小斑點在顯微鏡底下看起來也好像有規則的結構。它們大多是圓形或者卵圓形的，內部中空，周圍繞著厚度均勻的壁，看起來像是細胞壁。而且，這些斑點的大小也在目前地球上已知微生物的範圍內。它們中的某一些外圍的壁看來已經破裂，裡面的內含物溢了出來，這又跟現代細胞腐爛分解時的情景很相像。

其次，這些斑點在某種程度上還顯示了生命活動的跡象。它們在岩石上處於由富含黃鐵礦的砂岩組成的那一薄層。這暗示，它們有自己偏愛的「居住地」。此外，這些斑點的壁本身富含碳、氮和硫。這暗示著它們的新陳代謝是以硫為基礎的。這個發現對於它們自證其身非常關鍵。因為根據地質學家的考察，34億年前的地球上非常炎熱，氧極度稀缺，相反，因為火山活動頻繁，硫倒是十分富足，所以那個時候的生命，新陳代謝以硫而不是以氧為基礎，是一個更為合理的假設。

綜合上述種種理由，古生物學家認為，這些小斑點就是迄今找到的地球生命留下的最古老的遺迹。

生命早期四個沒找到的 「黑匣子」

生命起源是地球上一件驚天動地的大事。人們通過對格陵蘭島38億年前的岩石的碳同位素的比例分析，發現了生命活動的痕迹，因此大多數科學家接受生命至少在38億年前就出現在地球上的結論，但顯然還缺少化石證據。而在澳大利亞34億年前的岩石中，科學家的確發現了生物留下的微觀結構，這是確鑿的生物化石，是迄今為止發現的最早的化石了。但從34億年前回溯到生命誕生那一刻，這段時間是生物進化的第一個「黑匣子」，還沒被找到。

在24億年前的岩石中，科學家發現了含有鐵的氧化物。由於早期地球大氣不含氧氣，這個發現表明當時出現了光合作用，光合作用產生了氧氣，於是才有鐵的氧化物出現。最近，科學家對現代藍藻的基因進行研究後認為，能夠進行光合作用的藍藻的祖先都應該是淡水生活的品種。換句話說，最早的光合作用是開始於淡水環境的，也許發生在距今30億到25億年前。不過這段歷史的藍藻化石還沒有找到，這是另一個沒有找到的「黑匣子」。

然後，生物界應該出現了有細胞核的生物，科學家已經發現了18億年前的有核細胞形成的化石。接下來，生命界迎來了從單細胞生物向多細胞生物的飛躍，這仍然是缺失的環節。科學家猜測，第一種多細胞動物可能出現在10億年到6億年前。可是這個階段的化石非常罕見，而且就算是找到了化石，我們也很難區分，那團細胞到底算是多細胞生物，還是一堆單細胞生物擠在了一起。這是第三個沒找到的「黑匣子」。

下一個沒找到的「黑匣子」出現在距今5億多年前，科學家在世界各地發現了一些類似海綿的軟體動物化石，也就是伊迪卡拉動物，它們大約5.85億年前出現，在5.42億年前消失，在海底生活。此後，地球生物界迎來了所謂的寒武紀大爆發，許多現代生物都可以在這次大爆發產生的生物中找到自己的祖先。但是，伊迪卡拉動物和後來的寒武紀大爆發的生物之間沒有發現過渡化石。

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