地球的记录者

3．地球的记录者——化石

人们常常把化石比成是记录地层这本书的文字，事实也真的是如此。化石不仅能够记载地球的演化历史，而且同样是生物演化历史的记载。虽然化石或多或少地会出现残缺之处，但仍能够清楚地展示出生物从简单到复杂这一进化过程。

——化石和地层的年龄

鱼类化石

前文提到过，化石是亿万年来生物在演变过程中遗留下来的生物。化石能提供给古生物学家丰富的信息，对于研究地球生命的起源、生命的进化有着非常重大的意义。化石还是人类解开许多历史谜题的金钥匙。比如恐龙的灭绝之谜、人类的起源等。

古脊椎动物化石

从形成到现在，地球已经有46亿年的高龄。为了研究方便，地质学家将地球这一漫长的时间段分为4个大期，也就是4个宙。冥古宙最早，接下来是太古宙、元古宙和显生宙（6亿年以前到现在）。显生宙共分为3个代：古生代、中生代和新生代。每代下来又分几个纪，每纪又分几个世。

藤化石

要测算地球的年龄可不是件容易的事。最初，人们计算各地层的年龄只能把地层的厚薄作为依据，按照地层每增厚的米数约需的年数来计算。也可以先估算地球存活的年数，再按地层厚薄，按这一比例进行推算。19世纪中期，有人推算地球年龄不超过1亿年。如果这一说法成立的话，组成它的各地层的年龄自然很小。这一说法不利于生物起源和生物进化的发展，这是由于1亿年虽然与神创论者所估计的6000余年相比要长得多，但繁衍出这样繁茂的生物界仍然是不可能的。20世纪30年代之后，根据同位素衰变的速度来进行计算，得出来的数据才比较准确。同位素有一定的衰变速度，这一速度不会受到环境条件（例如气候）的影响。正是由于这一特点，才可比较准确地测定出地质年代。此外，利用半衰期长短各异的同位素，同样可以测出各个新老地层和化石的历史。

——显生宙以前的化石

近年来测定的数据显示，冥古宙、太古宙和元古宙经历的时间最长，大约为40亿年。这一时期地球刚刚形成，生命可能正在发生化学进化，所以细胞形态的化石目前找不到。直到太古宙时代，地球外围开始有了大气圈和原始海洋，人类能够在这一时期的地层中发现最原始的生物化石。例如在澳大利亚找到了35亿年前的丝状体化石，据推测很可能是微生物遗体的化石。此外，科研人员还在南非沉积岩中发现了直径极小的碳质球状体和丝状体，有人将其视为原始微生物化石。在太古宙地层中还发现了许多名为叠层石的化石。这一化石的存在说明这一时期地球上已经有了原核细胞或光合自养的原核生物了。元古宙在太古宙之后，这一时期有很多叠层石。叠层石的存在说明这一时期原核生物已经很繁盛。另外，在元古宙晚期的地层中，还发现了一些化石，有人将其认为是真核生物的化石。例如澳大利亚地区有一地层（9亿～7亿年之前），发现了保存完好的绿藻化石；在美国的白云石（8亿～6亿年前）之中发现了丝状体化石，有人将其视为藻类化石。

抚仙湖虫

——显生宙的化石

第一阶段：寒武纪物种的暴发式突增。

生命在元古宙以前几乎一直是单细胞的，虽然在6亿年前出现了厄底卡拉多细胞动物区系，由于这一区系不像以后动物谱系的前体，因此将其认为是动物进化中一次独立的失败尝试。进入寒武纪后大约500万年的时间内，出现了许多无脊椎的动物化石。这些化石显示，有些无脊椎动物的类型在后来灭绝了，而有些则是无脊椎动物的始祖类型。此外，在寒武纪地层中还发现了原始脊索动物的化石，是当时的海洋中一种浮游动物，构造简单，身体较小，背部长有一条脊索。这一化石虽然是在寒武纪地层中发现的化石之中最稀有的一种，但足以证明寒武纪时期已经出现了脊索动物。

脊索动物化石

苔藓虫化石

依靠这些化石得出结论，除少数如藓虫以外，已知的动物门在寒武纪时期都已存在，而直到奥陶纪才出现了苔藓虫。但这一说法并不能因为未发现寒武纪的苔藓虫化石而得到证实，也可能只是一种假象。在整个生命的历史中，500万年是极其短暂的。然而在这一短短的时期内，几乎是同时出现了如此之多的动物类型。这种暴发式的突增出现在寒武纪，是动物进化史任何一个时期不可相提并论的。

不同类型动物的基本躯体设计，是通过分类学中不同的“门”所反映出来的。几乎各门多细胞动物躯体的基本设计，都是在寒武纪完成的。而那些出现在寒武纪之后的发展，仅仅是在这些设计的基础上产生的变异和创新。

海洋生物化石

生态学对在寒武纪能如此快地出现众多结构类型的生物做出一种解释：寒武纪初期（即多细胞动物刚出现的时候） ，能够被动物所占据的生态位都是空的，每一个生命类型都能够找到一个适合生存的空间，为此，发生了一次极为壮观的辐射进化。后来，由于已经没有空的生态位，即使物种大规模地灭绝，那些绝灭物种所留下的空位很快便会被存活下来的其他物种占领。生态位是指一个种群在自然生态系统中，占据的时间和空间上的位置及其相关种群的关系。由此看来，产生动物全新类型的机会是不存在的。

海螺化石

虽然后来多细胞动物躯体基本设计是多样性的，但在其历史发展的初期就已达到。随后，很多试验性类型都绝灭了，能够存活下来的类型继续发展，然而其发展都未离开躯体基本设计的框架。

第二阶段：古生代。

软体动物化石群

古生代早期（即寒武纪和奥陶纪），高等藻类和无脊椎动物较为繁盛。这一时期，地球表面多为浅海和平坦的陆地，大气中出现了游离的氧气。于是，海洋中出现了结构复杂的大型藻类，这一植物在当时趋于优势地位。海洋无脊椎动物种类丰富，其中一类原始的节肢动物——三叶虫，是海洋动物总数的60%。直到奥陶纪，脊椎动物甲胄鱼首次出现。

菊石

古生代中期（即志留纪和泥盆纪），裸蕨类和鱼类在这一时期最为繁盛。在地球早期，生命仅限于水中，而陆地是荒凉沉静的。由于这一时期出现了造山运动，海陆更替，海洋面积缩小，陆地面积扩大。于是，在志留纪出现了最早的陆生植物——裸蕨莱尼蕨。后来，这些蕨类进化为石松类、楔叶类及真蕨类。

菊石

除了上述植物，动物方面的甲胄鱼等无颌类也极为繁盛。进入泥盆纪，由于气候条件适宜，各种蕨类在陆地上生长茂盛，而海洋中无脊椎动物种类也特别多。在泥盆纪后期，甲胄鱼开始衰退，取而代之的是具有原始颌骨的棘鱼和盾皮鱼。不仅如此，动物从水中登陆的先驱——总鳍鱼，也出现在泥盆纪。

蕨类植物

古生代晚期（即石炭纪和二叠纪），蕨类和两栖类特别繁盛。裸蕨类在这一时期衰落，但石松类、楔叶类和真蕨类植物开始崛起，繁盛一时，而且向内陆推进的速度非常惊人，于是便形成壮观的沼泽森林。其中有许多参天大树，例如鳞木、封印木、芦木等，这些植物都是古生代重要的成煤植物。不仅如此，原始的裸子植物也出现在石炭纪，例如种子蕨和科达树等。二叠纪时期，银杏、松柏、苏铁的早期类型开始出现，并逐渐走向繁荣。两栖类占统治时期为古生代晚期，最早的两栖类——鱼石螈，于泥盆纪出现。

松柏

两栖类在石炭纪时还比较原始，直到二叠纪才有了进一步发展，且完成了向爬行类的进化，例如，西蒙龙头骨化石与两栖类极为相似，身体也与爬行类非常接近。古生代晚期，各种昆虫生活在枝繁叶茂的森林里，发展较快。

第三阶段：中生代。

在这一时期，裸子植物和爬行类极为繁盛。苏铁、银杏和松柏等裸子植物取代蕨类植物地位。随着时间的推移，这些裸子植物发展成繁茂的森林，是一种主要的成煤物质。白垩纪后期，被子植物逐渐发展起来。不仅如此，动物也开始向适应陆生干旱环境发展。由于爬行类动物适应了辐射，便成了侏罗纪的统治者，例如水中的鱼龙、蛇颈龙、会飞的翼龙，以及各种陆生恐龙等。

恐龙、鱼龙以及翼龙等在中生代末期突然神秘灭绝。三叠纪末期，开始出现原始的哺乳动物，直到侏罗纪才出现了最早的鸟类。其中闻名中外的始祖鸟化石，就是发现于侏罗纪地层中的。

第四个阶段：新生代。

新生代是被子植物大发展的时期，植物类型多种多样，而且适应性强。热带、温带、寒带、高山、平原、沼泽、荒漠等各种环境类型的植物都有出现。不仅如此，昆虫发展也较为迅速，世界各地均有分布。

哺乳类和鸟类在新生代发展也较为迅速。它们经过多次适应辐射，演变成形态、习性各不相同的各种各样的类型。新生代的第四纪，哺乳动物灵长类中的一支逐渐演变成人类。