论文部分内容阅读
一架飞机丢失了黑匣子，我们就不知道它在飞行的过程中到底发生了些什么事情。地球上几十亿年的生物进化旅途中，存在着大量的缺失环节，使进化过程看上去支离破碎，这也成为达尔文进化论的难题之一。如今，科学家正在寻找记录了生物进化的“黑匣子”，希望了解整个生物进化历史中那些重大的转折。
达尔文的难题
1859年，达尔文的经典著作《物种起源》出版，进化论的思想开始深入人心。不过当时许多进化论的反对者立刻提出了一个反对意见：既然一种生物能够进化成另一种生物，那么两种生物之间的过渡生物为什么没有化石保留下来？
详细点说，如果生物是进化的，从一个物种进化到另一个物种，中间会有许多过渡类型的生物，在地层里留下过渡化石。可是在达尔文的时代，几乎没有发现什么过渡化石。没有过渡化石，生物是否进化就成了未知数。这成为当时进化论的难题之一。
达尔文自己也清楚进化论的这个难题，他提出，由于含有各种化石的地层并不一定是连续的，有些地层可能缺失了，于是这些地层中含有的化石也就缺失了，这就是没有找到过渡化石的原因。
达尔文的这个解释其实有些牵强，反对者继续质疑：过渡化石应该也有许多种类，为什么偏偏过渡化石都缺失了，保留下来的都是非过渡化石呢？
就好比说从恐龙进化到鸟类，现在恐龙和鸟类的化石都有，就是没有从恐龙进化到鸟类过渡时期的化石。这好比一架飞机从北京经东京飞往洛杉矶，人们只承认飞机从北京飞到了洛杉矶，但由于没有提供记录飞机飞行情况的黑匣子，所以不承认飞机经停了东京机场。
为此，达尔文无法回答这个问题。
始祖鸟暂时救了达尔文
就在达尔文难以招架过渡化石缺失问题的时候，一件重要的化石在德国横空出世，救了达尔文和他的进化论一命。这件化石就是始祖鸟化石。
1861年，在德国巴伐利亚州索伦霍芬的一个采石厂，人们发现了一件“带羽毛的爬行动物”化石。它大小如鸡，具有与现代鸟类相似的羽毛，但是嘴里长满了牙齿，这可不是现代鸟类具有的特征。这个怪物的“尾巴”很长，尾椎多达20个，指端具爪。
始祖鸟正是想找的爬行动物和鸟类的中间环节。先来看它像爬行动物的一面：嘴里长着牙齿，尾椎上的骨头有20个；骨壁很厚，里面没有充空气；前肢上掌骨没有愈合，有3枚彼此分离的指骨，指的前端生有爪子。再看它像鸟类的方面：具有鸟类特有的羽毛和叉骨，足上有四趾，其中拇指与另外三趾相对。这种身披羽毛却满口具牙的动物，正是达尔文梦寐以求的爬行动物向鸟类过渡的“黑匣子”，始祖鸟证明了鸟类是从爬行动物进化而来的。
始祖鸟刚好在《物种起源》发表后不久被发现，真是太及时了，进化论反对者的“炮火”暂时熄灭了。但是他们心里并不服气，因为生物进化是个漫长的过程，只找到一个“黑匣子”，只能算“孤证”，有些人甚至根本否定始祖鸟化石，拒不相信生物在进化。
从150年前达尔文进化论提出的时代到今天，大量的科学家投入到了寻找过渡化石的研究中，他们曾经长期找不到过渡化石，但是最近一些年，由于技术进步，许多“黑匣子”陆续被找到了。
鱼类登陆的“黑匣子”
根据进化思想，生物经历了水生到陆生的演化过程。让我们先来看看鱼类与两栖动物之间的过渡化石是否找到了。
鱼类进化成两栖动物中的关键一步是，大约3.75亿年前，一些硬骨鱼的瓣状的鱼鳍进化成了四肢。人们曾经找不到这个时期的过渡化石，不过2006年，缺失的一环找到了。美国科学家在加拿大北极地区的埃尔斯米尔岛经过4个夏天的挖掘，终于挖到了一只有四肢的鱼类化石。这种鱼被命名为提塔利克鱼，翻译过来就是“会行走的鱼”。它的“鳍”拥有原始的腕骨及趾头，可以用来支撑身体。类似手腕的结构可以帮助提塔利克鱼在快速移动时稳定身体的底部。
提塔利克鱼应该能在岸边爬行，但它还不是真正的陆地动物。能够适应陆地生活的两栖动物还要几千万年后才出现在地球上，这之间从3.6亿年前到3.45亿年前，有一段巨大的过渡化石缺失。这主要是因为当时处于泥盆纪末期，全球生物界发生了一次大绝灭，许多原始的鱼类都遭到了灭顶之灾，包括提塔利克鱼的一种后裔——棘螈，笨重的装甲鱼类——盾皮鱼，以及10米长的可怕的邓氏鱼。在这段灾难之后，更加现代的辐鳍鱼类和鲨鱼类统治了海洋，有腿的两栖动物在陆地上漫步。科学家还没找到填补这段时期的过渡化石。
恐龙、鸟类的“黑匣子”
二叠纪晚期发生了一次大绝灭，在这次地球历史上最大的生物界灾难中，高达96%的海洋物种和70%的陆地脊椎动物物种消失了。在之后的2000万年，初龙类动物崛起，它演化出了鳄鱼、恐龙以及翼龙等动物门类。
最早的初龙化石发现于三叠纪早期的地层里。此后不久，初龙类似乎就分化成了恐龙和鳄鱼类两支，这段进化过程已经有一些过渡化石被发现了。比如，人们发现了梳棘龙化石，名为“龙”，其实和鳄鱼的亲缘关系更近，生活在距今2.47亿年前，算是从初龙到鳄鱼之间的过渡化石。而2012年，科学家在重新研究伦敦自然史博物馆内的化石时，意外地发现了尼亚萨龙，生活在距今2.4亿年前，很可能是一种非常古老的恐龙，至少与恐龙亲缘关系非常近。
现在，鸟类起源于恐龙几乎已成定论，始祖鸟就是恐龙到鸟的过渡类型。但是直到过了差不多130年，古生物学家才发现了同样保存精美的带羽毛的恐龙和鸟类化石。这些化石发现于中国的辽西，在支持了达尔文进化论的同时，也带来了问题：小型恐龙如何进化出了羽毛和翅膀？
辽西的带羽毛恐龙的生活年代比始祖鸟早了2000万年，这之间存在着缺失的环节，科学家还需要找到这段时期的“黑匣子”，来揭开恐龙到鸟的演化秘密。
哺乳动物的“黑匣子”
接下来登上生物界舞台的是哺乳动物了。与两栖类和初龙类似，现代哺乳动物也是从一次大绝灭事件之后开始蓬勃进化的。6600万年前一颗小行星撞击了地球，消灭了身形巨大的恐龙，哺乳动物趁机兴起。 但是恐龙绝灭后1000万年中哺乳动物如何兴起，仍然充满了疑问，需要找到这个时期的“黑匣子”。最近，科学家终于找到了生活在这个时期的已知最古老的灵长类动物——普尔加托里猴的脚踝骨，这种猴子6500万年前生活在森林里。
此外，科学家还找到了走鲸，能够用四条腿在陆地和水中行走的鲸，生活在距今5000万年前，证明了鲸是陆生哺乳动物逐渐过渡形成的。
我们人类属于灵长类动物，这个门类是如何出现的呢？2009年，一个4700万年前的化石——达尔文猴在德国出土，最初人们以为它可能是联系早期灵长类到人类的中间环节，就是灵长类起源的“黑匣子”。不过现在科学家已经明白，它只是一种绝灭的灵长类旁支，但是达尔文猴毫无疑问代表了最古老的灵长类群体，能够通过它研究早期灵长类的解剖结构。
人类进化的“黑匣子”
进化论的反对者中有一些“中间派”，他们承认生物的进化，但是认为人类这种智慧生物太特殊了，不可能由其他动物进化而来。人类到底是不是进化产生的？找到“黑匣子”，就真相大白了。
基因研究告诉我们，与人类亲缘关系最近的灵长类是黑猩猩，两者曾经有共同的祖先。过去人们认为，人类和黑猩猩分化为两个物种的时间在距今400万年到600万年前。不过最近，科学家通过研究两个物种基因突变率判断，人类和黑猩猩的共同祖先生活在距今700万到1300万年前，然后分化成了两个不同的物种。
可惜的是，这段时期的过渡化石还没有发现，无法立刻让那些“中间派”转变观念。不过对于最近几万年的人类进化，科学家正在发现越来越多的“黑匣子”。
比如在西伯利亚的丹尼索瓦地区，科学家发现了一种古人类的指骨、脚趾骨和牙齿，观察这些零碎的东西，我们只能知道这种古人类生活在距今4万年前。但是通过研究这些骨头上面的DNA残留物，科学家发现，这种古人类并不属于此前发现的任何一种古人类，他们与尼安德特人和现代智人一起生活在冰河时代的欧亚大陆上。
利用基因研究，不仅仅是找到了一个人类的表亲这么简单。通过基因对比发现，在如今东南亚的巴布亚新几内亚人中，他们的基因中有5%来自丹尼索瓦人的基因，西伯利亚古人类的基因怎么跑到了万里之外的人种身上？对远古的尼安德特人的分析也表明，我们中的许多人都有一点儿他们的原始基因。难道我们的祖先曾经和尼安德特人杂交过？
人类化石的不断发现，以及对这些“黑匣子”的研究，让我们对人类进化的各个环节有了越来越多的认识。虽然我们还缺少古人类进化最初的“黑匣子”，但人类进化基本上是板上钉钉的事实。
达尔文的对和错
时至今日，科学家已经发现了许多的进化缺环，这些“黑匣子”充分证明，达尔文关于生物是进化的、存在过渡类型生物的论断是正确的。虽然还有一些“黑匣子”没有找到，但我们必须承认，一种生物的确能够经历一些过渡类型，变成另一种生物。
科学家寻找过渡化石的过程，也纠正了达尔文的某些错误。比如，达尔文认为生物是渐变的，因此从一种生物进化到另一种生物，会有很漫长的过程，有大量的过渡类型生物。但实际上，过渡化石本身就是比较少的，而且从一种生物进化到另一种生物，从地质时间上看是比较短暂的。相对来说，非过渡类型的生物往往生存的时间很漫长。如果还用飞机飞行做比喻的话，就是飞机在经停点的时间（生物过渡时期）很短，而在起飞点和终点站停留的时间（生物稳定时期）很长。
这是为什么呢？
其实，前面寻找“黑匣子”的过程中，已经有答案了。许多过渡类型生物的出现，都是在一次生物大灭绝事件之后爆发出来的，这主要是因为巨大的灾难让许多生物消失了，在自然界留下了大量的生态空间和崭新的环境，于是给了那些突变的“古怪”生物更多的生存机会。在较短的时间内，一个物种经过若干过渡类型，就演变成了另一个物种。随着生态空间和各种环境逐渐被新的生物占据，生物界变得稳定了下来。在稳定的环境中，突变的生物在那些成功适应环境的生物的包围之中，很难获得生存机会。
总之，过渡类型的生物往往只存在于很短的地质时间里。
而那些含有化石的地层，往往都是沉积岩，这些地层的形成虽然也会与生物有关，但更多的时候，是与水体中的泥沙沉积物的下沉有关的，相对来说，地层的沉积速度是比较稳定的。那些生存在很短的地质时间中的过渡生物，它们的化石也只能保留在很少量的地层中，更多的地层中含有的是那些稳定的物种，而不是过渡生物。生物进化的“黑匣子”，本来就很稀少。
虽然“黑匣子”很少，但在科学家的全力搜索下，它们正在一个个被挖掘出，并把生物进化史上的各种生物连接在一起，生物界几十亿年中波澜壮阔的进化画卷，正逐渐变得清晰。
达尔文的难题
1859年，达尔文的经典著作《物种起源》出版，进化论的思想开始深入人心。不过当时许多进化论的反对者立刻提出了一个反对意见：既然一种生物能够进化成另一种生物，那么两种生物之间的过渡生物为什么没有化石保留下来？
详细点说，如果生物是进化的，从一个物种进化到另一个物种，中间会有许多过渡类型的生物，在地层里留下过渡化石。可是在达尔文的时代，几乎没有发现什么过渡化石。没有过渡化石，生物是否进化就成了未知数。这成为当时进化论的难题之一。
达尔文自己也清楚进化论的这个难题，他提出，由于含有各种化石的地层并不一定是连续的，有些地层可能缺失了，于是这些地层中含有的化石也就缺失了，这就是没有找到过渡化石的原因。
达尔文的这个解释其实有些牵强，反对者继续质疑：过渡化石应该也有许多种类，为什么偏偏过渡化石都缺失了，保留下来的都是非过渡化石呢？
就好比说从恐龙进化到鸟类，现在恐龙和鸟类的化石都有，就是没有从恐龙进化到鸟类过渡时期的化石。这好比一架飞机从北京经东京飞往洛杉矶，人们只承认飞机从北京飞到了洛杉矶，但由于没有提供记录飞机飞行情况的黑匣子，所以不承认飞机经停了东京机场。
为此，达尔文无法回答这个问题。
始祖鸟暂时救了达尔文
就在达尔文难以招架过渡化石缺失问题的时候，一件重要的化石在德国横空出世，救了达尔文和他的进化论一命。这件化石就是始祖鸟化石。
1861年，在德国巴伐利亚州索伦霍芬的一个采石厂，人们发现了一件“带羽毛的爬行动物”化石。它大小如鸡，具有与现代鸟类相似的羽毛，但是嘴里长满了牙齿，这可不是现代鸟类具有的特征。这个怪物的“尾巴”很长，尾椎多达20个，指端具爪。
始祖鸟正是想找的爬行动物和鸟类的中间环节。先来看它像爬行动物的一面：嘴里长着牙齿，尾椎上的骨头有20个；骨壁很厚，里面没有充空气；前肢上掌骨没有愈合，有3枚彼此分离的指骨，指的前端生有爪子。再看它像鸟类的方面：具有鸟类特有的羽毛和叉骨，足上有四趾，其中拇指与另外三趾相对。这种身披羽毛却满口具牙的动物，正是达尔文梦寐以求的爬行动物向鸟类过渡的“黑匣子”，始祖鸟证明了鸟类是从爬行动物进化而来的。
始祖鸟刚好在《物种起源》发表后不久被发现，真是太及时了，进化论反对者的“炮火”暂时熄灭了。但是他们心里并不服气，因为生物进化是个漫长的过程，只找到一个“黑匣子”，只能算“孤证”，有些人甚至根本否定始祖鸟化石，拒不相信生物在进化。
从150年前达尔文进化论提出的时代到今天，大量的科学家投入到了寻找过渡化石的研究中，他们曾经长期找不到过渡化石，但是最近一些年，由于技术进步，许多“黑匣子”陆续被找到了。
鱼类登陆的“黑匣子”
根据进化思想，生物经历了水生到陆生的演化过程。让我们先来看看鱼类与两栖动物之间的过渡化石是否找到了。
鱼类进化成两栖动物中的关键一步是，大约3.75亿年前，一些硬骨鱼的瓣状的鱼鳍进化成了四肢。人们曾经找不到这个时期的过渡化石，不过2006年，缺失的一环找到了。美国科学家在加拿大北极地区的埃尔斯米尔岛经过4个夏天的挖掘，终于挖到了一只有四肢的鱼类化石。这种鱼被命名为提塔利克鱼，翻译过来就是“会行走的鱼”。它的“鳍”拥有原始的腕骨及趾头，可以用来支撑身体。类似手腕的结构可以帮助提塔利克鱼在快速移动时稳定身体的底部。
提塔利克鱼应该能在岸边爬行，但它还不是真正的陆地动物。能够适应陆地生活的两栖动物还要几千万年后才出现在地球上，这之间从3.6亿年前到3.45亿年前，有一段巨大的过渡化石缺失。这主要是因为当时处于泥盆纪末期，全球生物界发生了一次大绝灭，许多原始的鱼类都遭到了灭顶之灾，包括提塔利克鱼的一种后裔——棘螈，笨重的装甲鱼类——盾皮鱼，以及10米长的可怕的邓氏鱼。在这段灾难之后，更加现代的辐鳍鱼类和鲨鱼类统治了海洋，有腿的两栖动物在陆地上漫步。科学家还没找到填补这段时期的过渡化石。
恐龙、鸟类的“黑匣子”
二叠纪晚期发生了一次大绝灭，在这次地球历史上最大的生物界灾难中，高达96%的海洋物种和70%的陆地脊椎动物物种消失了。在之后的2000万年，初龙类动物崛起，它演化出了鳄鱼、恐龙以及翼龙等动物门类。
最早的初龙化石发现于三叠纪早期的地层里。此后不久，初龙类似乎就分化成了恐龙和鳄鱼类两支，这段进化过程已经有一些过渡化石被发现了。比如，人们发现了梳棘龙化石，名为“龙”，其实和鳄鱼的亲缘关系更近，生活在距今2.47亿年前，算是从初龙到鳄鱼之间的过渡化石。而2012年，科学家在重新研究伦敦自然史博物馆内的化石时，意外地发现了尼亚萨龙，生活在距今2.4亿年前，很可能是一种非常古老的恐龙，至少与恐龙亲缘关系非常近。
现在，鸟类起源于恐龙几乎已成定论，始祖鸟就是恐龙到鸟的过渡类型。但是直到过了差不多130年，古生物学家才发现了同样保存精美的带羽毛的恐龙和鸟类化石。这些化石发现于中国的辽西，在支持了达尔文进化论的同时，也带来了问题：小型恐龙如何进化出了羽毛和翅膀？
辽西的带羽毛恐龙的生活年代比始祖鸟早了2000万年，这之间存在着缺失的环节，科学家还需要找到这段时期的“黑匣子”，来揭开恐龙到鸟的演化秘密。
哺乳动物的“黑匣子”
接下来登上生物界舞台的是哺乳动物了。与两栖类和初龙类似，现代哺乳动物也是从一次大绝灭事件之后开始蓬勃进化的。6600万年前一颗小行星撞击了地球，消灭了身形巨大的恐龙，哺乳动物趁机兴起。 但是恐龙绝灭后1000万年中哺乳动物如何兴起，仍然充满了疑问，需要找到这个时期的“黑匣子”。最近，科学家终于找到了生活在这个时期的已知最古老的灵长类动物——普尔加托里猴的脚踝骨，这种猴子6500万年前生活在森林里。
此外，科学家还找到了走鲸，能够用四条腿在陆地和水中行走的鲸，生活在距今5000万年前，证明了鲸是陆生哺乳动物逐渐过渡形成的。
我们人类属于灵长类动物，这个门类是如何出现的呢？2009年，一个4700万年前的化石——达尔文猴在德国出土，最初人们以为它可能是联系早期灵长类到人类的中间环节，就是灵长类起源的“黑匣子”。不过现在科学家已经明白，它只是一种绝灭的灵长类旁支，但是达尔文猴毫无疑问代表了最古老的灵长类群体，能够通过它研究早期灵长类的解剖结构。
人类进化的“黑匣子”
进化论的反对者中有一些“中间派”，他们承认生物的进化，但是认为人类这种智慧生物太特殊了，不可能由其他动物进化而来。人类到底是不是进化产生的？找到“黑匣子”，就真相大白了。
基因研究告诉我们，与人类亲缘关系最近的灵长类是黑猩猩，两者曾经有共同的祖先。过去人们认为，人类和黑猩猩分化为两个物种的时间在距今400万年到600万年前。不过最近，科学家通过研究两个物种基因突变率判断，人类和黑猩猩的共同祖先生活在距今700万到1300万年前，然后分化成了两个不同的物种。
可惜的是，这段时期的过渡化石还没有发现，无法立刻让那些“中间派”转变观念。不过对于最近几万年的人类进化，科学家正在发现越来越多的“黑匣子”。
比如在西伯利亚的丹尼索瓦地区，科学家发现了一种古人类的指骨、脚趾骨和牙齿，观察这些零碎的东西，我们只能知道这种古人类生活在距今4万年前。但是通过研究这些骨头上面的DNA残留物，科学家发现，这种古人类并不属于此前发现的任何一种古人类，他们与尼安德特人和现代智人一起生活在冰河时代的欧亚大陆上。
利用基因研究，不仅仅是找到了一个人类的表亲这么简单。通过基因对比发现，在如今东南亚的巴布亚新几内亚人中，他们的基因中有5%来自丹尼索瓦人的基因，西伯利亚古人类的基因怎么跑到了万里之外的人种身上？对远古的尼安德特人的分析也表明，我们中的许多人都有一点儿他们的原始基因。难道我们的祖先曾经和尼安德特人杂交过？
人类化石的不断发现，以及对这些“黑匣子”的研究，让我们对人类进化的各个环节有了越来越多的认识。虽然我们还缺少古人类进化最初的“黑匣子”，但人类进化基本上是板上钉钉的事实。
达尔文的对和错
时至今日，科学家已经发现了许多的进化缺环，这些“黑匣子”充分证明，达尔文关于生物是进化的、存在过渡类型生物的论断是正确的。虽然还有一些“黑匣子”没有找到，但我们必须承认，一种生物的确能够经历一些过渡类型，变成另一种生物。
科学家寻找过渡化石的过程，也纠正了达尔文的某些错误。比如，达尔文认为生物是渐变的，因此从一种生物进化到另一种生物，会有很漫长的过程，有大量的过渡类型生物。但实际上，过渡化石本身就是比较少的，而且从一种生物进化到另一种生物，从地质时间上看是比较短暂的。相对来说，非过渡类型的生物往往生存的时间很漫长。如果还用飞机飞行做比喻的话，就是飞机在经停点的时间（生物过渡时期）很短，而在起飞点和终点站停留的时间（生物稳定时期）很长。
这是为什么呢？
其实，前面寻找“黑匣子”的过程中，已经有答案了。许多过渡类型生物的出现，都是在一次生物大灭绝事件之后爆发出来的，这主要是因为巨大的灾难让许多生物消失了，在自然界留下了大量的生态空间和崭新的环境，于是给了那些突变的“古怪”生物更多的生存机会。在较短的时间内，一个物种经过若干过渡类型，就演变成了另一个物种。随着生态空间和各种环境逐渐被新的生物占据，生物界变得稳定了下来。在稳定的环境中，突变的生物在那些成功适应环境的生物的包围之中，很难获得生存机会。
总之，过渡类型的生物往往只存在于很短的地质时间里。
而那些含有化石的地层，往往都是沉积岩，这些地层的形成虽然也会与生物有关，但更多的时候，是与水体中的泥沙沉积物的下沉有关的，相对来说，地层的沉积速度是比较稳定的。那些生存在很短的地质时间中的过渡生物，它们的化石也只能保留在很少量的地层中，更多的地层中含有的是那些稳定的物种，而不是过渡生物。生物进化的“黑匣子”，本来就很稀少。
虽然“黑匣子”很少，但在科学家的全力搜索下，它们正在一个个被挖掘出，并把生物进化史上的各种生物连接在一起，生物界几十亿年中波澜壮阔的进化画卷，正逐渐变得清晰。