地球是一个满是虫虫的星球。迄今为止已发现约为一百万种不同的昆虫。按英文字母顺序,排列可以看出它们是如此多样化:蚂蚁、鸟翼凤蝶、蟑螂、蜣螂、苍蝇、蚱蜢、头虱、尺蠖
、六月金龟、螽斯、瓢虫、螳螂、网蚊、蝶角蛉、鸣蝉、白蚁、榈蝽、叶峰、蓟马、后翅蛾、天鹅绒跳蝽、足丝蚁、长节叶峰、高斯通蜂和缺翅虫等。这些仅仅是冰山一角。科学家预计,生活在热带雨林中的昆虫可能有数千万,估计有700万到1亿个。绝大多数未知物种生活在热带雨林中。
人类文明仅仅发展了几千年,而昆虫却伴随着陆地生态系统一同演化了4亿多年。它们是重要的的食腐动物,营养回收者和土壤制造者。取食和利用各类有机物。这些无足腐食者分解死亡的食物,动物以及它们的粪便。大大增加了这些物质的降解率。雌虫作为捕食者和寄生者,最取食和减少其他植食性和食腐性昆虫的关联性生物也是自身最大的敌人。因为许多昆虫数量是受到其他种类昆虫的取食行为所控制的。
节肢动物的崛起
大约在6亿年前,生物演化变得一团糟。穿过了寒武纪,即“无脊椎动物的时代”,你就进入了奥陶纪,即鱼类时代。不久你就会进入了志留纪,即植物首次登陆的时代。接着就是泥盆纪,所谓的两栖动物的时代。由于怀俄明地区志留纪和泥盆纪时期沉积的灰岩遭受了严重的剥蚀,所以这些岩层一转眼便结束了。紧接着是遍布泥炭沼泽的石炭纪,米列山脚。出了峡谷便是二叠纪岩层。此时你就离开古生代,进入中生代,即爬行动物的时代,或是现在所说的“恐龙时代”。在道路末端,宏伟的瑟马普利斯恐龙中心展示了这里出土的恐龙骨架……最后当道路变得平坦,进入广阔的艾蒿草原,你就来到了新生代的开端,第三纪(即现在的古近纪和新近纪),同时也是哺乳动物时代。
地球最早的30亿年间,可简单称为“菌藻时代”。从寒武纪到现在(过去了5亿年)多细胞动物繁盛时期简单称为“节肢动物的时代”。自从动物界开始复杂化,节肢动物就成为唯一在分异度和丰度都十分成功的类群。昆虫多样性的爆发使得最近的3亿年可以称为“昆虫时代”。
寒武纪的另一事件就是我们幸存到现在。这里的“我们”并不仅仅指人类,而是指整个脊椎动物体系。蠕虫状祖先皮卡虫正在海底掘穴生活,它在寒武纪化石中极其少见。3英尺(90厘米)长可怕捕食,节肢动物奇虾在水体上层漫游,它们可以抓住小动物,尽情享受它们三叶虫大餐。偶然也会扑向温顺的及长虫。寒武纪节肢动物中三叶虫与皮卡虫和平共处,一同在海底取食沉积物。
生命大爆炸
寒武纪生物大爆发
距今约5、41亿年-4、85亿年前的寒武纪是记录地球上生命大发展的时期。历经30亿年微生物历史后,单细胞聚集在一起形成了功能群组,多细胞动物终于出现了。动物们只花费了很少的时间就演化了功能性支撑和保护装置。如表皮、骨骼和外壳,仅仅在在500万年间就出现了。古生物学家将这一事件称为“寒武纪动物大爆发”,具盔甲骨板的节肢动物首次出现,并最终演化出了昆虫。
随着带壳动物的演化出现,地球的历史也被永远的改变了。虽然寒武纪软躯体生物化石十分的匮乏,但寒武纪带壳动物则更多地保存为化石。从寒武纪开始,地球的岩石为许多史前生物按下了快门,将它们的一些痕迹保存了下来。这些岩层年龄可以通过放射性同位素的分布数据来确定。从寒武纪化石确定,三叶虫无疑是当时代岩层典型标准。三叶虫是节肢动物最早的代表类群。昆虫同样也属节肢动物。昆石、蜘蛛、龙虾、千足虫、蜈蚣、蝎子和三叶虫都具有节肢动物特有的解剖学特征。坚硬的分节外壳和多分节的附肢,它们曾位于海水之下。它们在2、52亿年前就已经灭绝了。因此你也不可能在混杂着恐龙骨骼化石中的中生代岩层中发现它们。同样在诸如夏威夷和哥斯达黎加的圣拉蒙地区也不会发现三叶虫化石。因为那里是几百万年里火山活动形成的,那里没有古生代岩石。在整个美国的采石场,走进北美任何一家石头店,你都可能发现整箱子的三叶虫化石。在俄亥俄州、宾夕法尼亚州和威斯康辛州,三叶虫是官方代表化石。
化石记录的跳跃性
生物只有在某一特定条件下才能形成化石,浅海生物群落在频繁的沉积物覆盖中可以形成较为丰富的化石。因此寒武纪的化石记录并非十分糟糕。虽然现代昆虫群落在热带雨林中分布极为丰富,然而化石记录却只能捕捉其中极少的种类。许多生物在死亡后被迅速消化分解了。因此一些重要的群落可能就无法保存化石,正如我们的家庭影像一样,留下的只是我们忙里偷闲,有闲空心血来潮地点滴印象。
在瑞典寒武纪的沉积物中发现一种微小的缓步类化石。小巧玲珑的样子就像一只泰迪熊的缩影。缓步类又称水熊,仍然存续至今。在厄瓜多尔森林的凤梨科植物储存水体中发现它们。在寒武纪时期和现代森林中同时发现了它们,并没有发现其他化石记录。说明这些动物早在寒武纪时期就已经出现,并繁衍至今。
生物群落出现的明显时间记录在岩层中都可以揭示出来。在数千万或数亿年间都保持稳定。这些岩层本身就代表了不同的生物群落。岩层分界面指示了突然迅速的变化。通常
有数亿年时间停滞。当时机较好时,生命就不是简单演化,而是可以进行或改变了;而时机宜人时,生物种群会趋向一个均衡的模式。它们已经很好地适应了现存的环境并安乐的继续向前发展。然而生命记录常常被偶发的灾难性事件,如冰川作用、大陆漂移、彗星和小行星活动等,有些灾难还会遭受灾难性的大灭绝。但每次灾害之后,新的物种都会迅速占领空缺的生态位,最终再次建立起一个新的生命平衡状态。这就是生物学家所说的“间断平衡论”。
为节肢动物搭建舞台:是什么点燃了寒武纪生物大爆发的导火索:
生命历史在地球上以单细胞形式维持了30亿年,为何多细胞动物花了如此长的时间才演化出来呢?答案只有一个:氧气。
30亿年以来,古细菌将氧气和二氧化碳同转移到碳酸钙和其他碳质沉积物中。它们可能会释放氧气,但在很长一段时间里大气中含氧量并没有发生太大变化,在氧气还未在空气中聚集之前,游离氧就会与地壳与海洋中的铁或其他物质发生反应,它会被锁定在沉积岩中,条带状铁建造和矿物中,度过数百年甚至数亿年时间。另一方面,从大气过剩的二氧化碳中获得的大量有效碳都被锁入石灰岩沉积中。矿物的形成过程中太阳和地球之间产生了意外的平衡。远古时期的太阳此现在温度低,但从前的地球大气中富集了厚厚的二氧化碳层,形成了温室效应。就像给地球披上层暖和的被子。日复一日,过量的二氧化碳通过生命作用从地球大气中逐渐减少,太阳变得更为温暖。地球一直为各种生命维持着舒适的环境温度,但最终在约23亿年前,二氧化碳水平下降的很快,地球进入了好难性的冰川时代,生物也第一次经历了许多演化间断事件。
几十亿年里,生命一直漂浮在满是美味氨基酸的海洋里,地球上的冰川完全吞没了海洋,大部分的古代微体生物消失了,幸存者可能是任何一种细菌。它们非常幸运的恰到好处地在火山通道与冰冷的海水遭遇中并混合的舒适界面。如今这些细菌仍然繁衍在南极洲和黄石公园热气腾腾的火山通道和硫磺温泉中。对生命来说固然这是一个严峻的环境,但却能分隔细胞形成独特的微环境,并使基因序列相互疏远,自然选择确保了留有下来的细胞成为真正的幸存者。
从地球上保存的条带状含铁岩层来看,地球的冰川期可能持续了数百万年。这些岩层是海洋中的提铁元素高度富集并沉淀于沉积物中形成的。岩石上覆盖着一层碳酸钙,意味着伴随着全球变暖的到来。地球冰期也迅速结束。当陆地碎屑物冲入海洋,就促使了全球菌类的大繁盛。氧气也重新释放回大气中,这个世界再次出现了大量真核细胞。
约8、5亿年前,大陆漂移运动将陆地带到赤道附近的不利位置后,地球再次进入了深度冻结时代。冰川发育逐渐靠近赤道,严寒持续了几百万年时间。最后冰川破裂生命也得到暂时的安息。然而此时也形成了一个循环。在5亿年至5、9亿年间,地球上经历了四次大冰期。最近的一次是瓦乞吉尔大冰期,从6、1亿年到5、9亿年,持续了2000万年。科学家称为“雪球地球期”。
当最后一次雪球地球事件结束后,冰川后退至两极地区,生命也重组为多细胞群落。不久后大量早期动物在“寒武纪”大爆发时出现了。单细胞统治生物界数亿年后,是大气的氧含量已升到类似当今水平。氧气潜在的毒性促使细胞为安全而聚集成群,但同时一个高能系统的存在也刺激了动物的发展。有氧呼吸出现了动物比细菌生活得更复杂更活跃。因为氧气迫使也允许它们这么做。氧气含量与生命演化的关系,在尼克莱恩的通俗有趣的书《氧气创造世界的微小分子》中详尽叙述。