史前海洋生物奇观（上）

钱迈平

史前海洋生物奇观（上）

钱迈平

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地球表面大约百分之七十一被海洋覆盖。然而,地球并不是一开始就有海洋的。

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大约46亿年前地球形成初期,它灼热的表面还没完全冷却,那时既无蓝天,也无碧海,此起彼伏的火山喷发遮天蔽日,排放出大量二氧化硫、二氧化碳和水蒸气等气体。从天而降的大小陨石狂轰滥炸,强烈的宇宙辐射肆虐无忌。

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38-39亿年前,随着地球表面温度降到沸点以下,大气中的水蒸气凝结成液态水降到地面,那可是连续许多许多年的倾盆大雨啊!原始的海洋就这样诞生了。

那时形成的岩石中不存在氧化沉积矿物,说明大气是缺氧的。因为没有臭氧层保护,地球表面仍暴露在强烈的宇宙辐射之下。火山活动广泛而强烈,陨石撞击频繁,地表温度比今天的地球要高得多,海水是热的,甚至可能是沸腾的。

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地球最初的生命就诞生在原始的海洋里。

34-35亿年前,地球海洋里已经出现能进行光合作用的蓝细菌(也叫蓝藻),并在浅滩和潮坪形成最初的叠层石生物礁。

那是一个什么样的世界啊!一座座孤岛一样的陆地被深浅不一的海洋包围着。火山喷发,地震频繁,烟雾弥漫。空气中近乎于零的含氧量和浓烈的硫磺味提醒我们,除了细菌、蓝细菌这样的简单微生物,不会再有任何其他形式的生命存在。

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随着蓝细菌在海洋里的大繁盛,它们形成的叠层石生物礁遍布全球,它们光合作用产生的大量氧气,不但增加了大气的氧气含量,而且在高空形成了抵御宇宙辐射的臭氧层,这时的地球才真正成为拥有蓝天碧海的美丽星球,为需氧呼吸的复杂生物的诞生提供了必不可少的条件。

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距今约23亿年和7亿年左右,地球经历了多次大冰期,甚至赤道海洋都冻结了2千米以上的冰层,地球的平均气温下降到约零下50摄氏度,要知道今天地球的平均气温是约15摄氏度,可想而知,那时的地球是多么寒冷!这被科学家们称为“雪球事件”,意思是整个地球成了一个冰雪包裹的星球。此时,地球海洋里的各个生物群被分割在很局限的可生存小环境,如海底火山热泉附近,各自独立演化。

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随着火山活动排放的二氧化硫、二氧化碳等气体的聚集,强大的温室效应不但融化了冰层,而且把地球的平均气温提升到约50摄氏度(要知道,今天的地球平均气温还不到17摄氏度)!海洋迅速解冻,各自独立演化的生物群也随着生存环境的扩展,相互融合交流,产生大批新的物种。严寒、酷热的环境如此交替剧变,加速了生物的进化和多样化。于是,海洋里不再只有微生物了,大型的藻类植物和原始的动物也出现了。

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6-7亿年前,地球海洋里繁盛着各种各样柔软的奇异动物。因为这些动物的化石最初是在澳大利亚南部的埃迪卡拉山发现的,所以科学家把它们称为“埃迪卡拉动物群”。它们没有尖牙利齿,也无需铠甲护身,难道那时海洋世界真的是“和平的乐园”?

到距今约5亿4千万年时,曾遍布世界许多地方的“埃迪卡拉动物群”突然消失了,它们绝灭的原因目前还不清楚,但肯定与不能适应地球环境的新变化,以及无法应对新出现的竞争对手有关。

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约5亿4千万年前,随着地球上氧气的增加,新的动物类型诞生了,它们有的开始长出甲壳,以及原始的骨骼和牙齿,科学家把这个时期作为古生代的开始。

在中国云南省的澄江县海口镇帽天山约5.3亿年的岩石里,以及加拿大的大不列颠哥伦比亚省布尔吉斯约5.01亿年前的岩石里,都发现了一批连肌肉、内脏等构造都保存精美的动物化石,它们被称为“澄江动物群”或“布尔吉斯动物群”。这些化石告诉我们,无论现在生存的还是已经绝灭的各种动物类型,几乎都是突然一下子在那个时候涌现出来,科学家们称之为“生命大爆发”。下面就介绍其中一些代表性的动物：

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那时的海洋里生活着许许多多奇特动物,比如,面前这只拟油栉虫(Olenoides)是一种三叶虫,身长7至8厘米,前后都长着一对触须,腹下有许多脚。后面那只威瓦克西亚虫(Wiwaxia),背上覆盖甲片并长着两排长刺,它们正利用茂密的海藻和高大的海绵动物体的遮蔽,躲避一只游过的奇虾(Anomalocaris)。

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奇虾(Anomalocaris)是地球上最早出现的凶猛捕食动物之一,体长1至2米,头顶两侧有一对带柄的大眼睛,嘴前两只大爪子具有尖利的短刺,用来抓捕猎物,圆形的大嘴长有一圈32个尖利的齿板,可轻松切开其他动物的身体,咬下肉来吃。强健的尾巴有宽大的尾鳍,善于快速游泳。瞧,它正在追捕一只古虫(Vetulicola)。

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拉甘虾(Laggania)是一种奇虾类动物,眼睛不太大,位于头的两侧靠后处,嘴前伸出两只大爪子,每个爪子上有一排纤弱的长刺,也许是用来滤食微小浮游生物的,尾巴上没有尾鳍,游泳速度不是很快,所以很可能不是凶狠的捕食动物。但个头巨大,看上去还是挺可怕的。瞧,它正一跃而起,周围的三只马尔三叶形虫(Marella)、下面的两只怪诞虫(Hallucigenia),还有上面的一条皮卡虫(Pikaia)都吓得四散逃避。

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灰姑娘虫(Cindarella)(图上),身体由头和躯干两部分组成,包着薄而有弹性的背甲。头甲半圆形,腹前边缘有一对带柄的大眼睛,口盖前侧边缘长着一对细长的触须。迷虫(Saperion)(图下),身体长椭圆形,触须粗短,背甲不分节,嘴在前端的腹面,有一个正方形口板。腹下有26双腿。它们呼吸用的腮叶,都是长在腿上。

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纳罗虫(Naraoia)也是那时常见的动物之一,身体呈长椭圆形,甲壳薄而有弹性。前端侧边缘长着一对触须,背甲分头和躯干两部分,腮叶长在腿上。

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抚仙湖虫(Fuxianhuia)身长10厘米以上,分为头、躯干、尾三部分,甲壳薄而有弹性。头甲前部有一对带柄的眼睛和触须,胸节17个,腹节14个,尾粗而长,像现代蝎子那样有一个尾刺。

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瓦普塔虾(Waptia)(图右),身长7至15毫米,甲壳分左右两瓣,有1对带柄的复眼和触须,从甲壳的前边缘向前伸出;后面有一条带节的尾巴用来游泳。古虫(Vetulicola)(图下),身长7厘米,前面有上下扣合的甲壳,两侧接缝纵向排列裂孔,滤食水里的微小浮游生物,后面也有一条带节的尾巴。

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阿米斯克虫(Amiskwia)(图上)身体柔软,头部有两条肉质触须,体侧有短短的侧鳍,尾巴扁平,它们可能是一种原始的毛颚类蠕虫。圣诞老人虫(Sanctacaris)(图下)是一种具有甲壳的原始节肢动物,身长约10厘米,头扁平,体宽,头周围有5对小爪子,一对大爪子,每个都有一个短触角,身体分11节,每节有一对带桨状鳃的腿,它可能是现代鲎、蜘蛛和螨虫的祖先。

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欧巴宾海蝎(Opabinia)长4至7厘米,头上长着5只突起的眼睛,四面八方都看得到。头下方有一条大象鼻子似的长吻,吻前端有带刺的抓握器,用来捕捉猎物,也许能伸进海底洞穴和泥沙里搜索、抓捕。长吻抓到猎物也会像大象的长鼻子那样往后折,送到嘴里吃。看,它正抓住一条阿米斯克毛颚虫(Amiskwia)准备就餐。它身体两侧长着约14双腿,用来游泳时划水,或在海底行走,腿上有呼吸用的鳃。尾巴有3对小片片,可在游泳时控制方向。

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埃尔登水母(Eldonia)直径约8厘米,呈圆盘形,4条分枝的触手,消化腔分隔成44个小腔,体腔内环肌发育,腹表面有辐射状排列的瘤刺。

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海 口 虫 (Haikouichthys)虽然只有人的手指甲大小,但却已在脊背里长出一条原始的脊索,是地球上第一种鱼,也是包括我们人类在内的所有脊椎动物的最早祖先!因化石首先发现于中国云南省澄江县海口镇附近,所以命名海口虫。

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云南虫(Yunnanozoon)也是原始的脊索动物,但脊索靠近腹部,而不是在脊背。体形侧扁,身长3至4厘米,鳃腔有7对鳃弓,躯体有23个肌节。

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皮卡虫(Pikaia)也是脊椎动物的祖先,身长5厘米,脊背里长着脊索,身体两侧有发达的肌肉节。因化石发现于加拿大阿伯塔省的皮卡峰而命名皮卡虫。

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在距今约4.88亿年到4.43亿年期间,海洋里生活着许多海林檎,它们是最原始的棘皮动物,形态像林檎果,由骨板拼合而成,附着在海底,口四周伸出几条鳃肢,滤食海水里的微小浮游生物。

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约4.88亿年到4.16亿年前,角石动物兴起。它们属于软体动物的头足类,外壳像羊角,眼睛又圆又大,视力很好,头前端是口,口周围有多条触手,是捕食和运动器官。壳体内有一串由孔道相通的空腔,可像现代潜艇那样通过注入海水或排出海水调节浮力,以口部喷水推进的方式倒着运动,三叶虫是它们的主要猎物。此时,海林檎开始减少,而海百合和珊瑚动物多了起来。

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房角石 (Cameroceras)是约4.5亿年前海洋里的巨无霸,体长达10米,它的壳体简直就像房子,是地球历史上最大的无脊椎动物,大型的三叶虫也许是它们理想的猎物,例如体长近1米的等称虫(Isotelus)。

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翼肢鲎(Pterygotus)是约4.38亿年至3.9亿年前活动于海洋和河口湾的巨型节肢动物,体长可达2至3米,是有史以来最大的节肢动物。头甲前部两侧有一对巨大的复眼,头的中央还有一对小眼睛。头甲前伸出一对大钳子,是捕猎和搏斗的武器,后面四对行走的脚,最后一对是游泳的桨。身体分节,尾巴宽扁,上面有一列尖刺。猎食鱼类、软体动物及其他节肢动物等。

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在距今4亿多年到5亿年间,嘴巴没有上下颌的鱼非常兴盛,其中一类叫甲胄鱼。它们身披花样繁多的铠甲,嘴巴是一个简单的横裂口。蝙蝠鱼(Drepanaspis)(左下)是甲胄鱼类中个头最大的,长度可超过35厘米,身体宽扁,眼睛在头甲前面,分得很开,阔嘴,背面中央有一块很大的骨板,尾较小。通常贴着海底活动,能搅起泥沙覆盖在身上隐蔽起来。沙鳞鱼(Psammolepis)(左上)和蝙蝠鱼很接近,也是扁身体的海底活动鱼类,但体形较窄些。鳍甲鱼(Pteraspis)(右)头尖,身体细长,嘴在腹面,适于挖泥进食。

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孔甲鱼(Poraspis)是约4亿年前存在的一种甲胄鱼,尖头,嘴在腹面,头侧面的背甲和腹甲之间有鳃片及鳃孔,鳞片厚而大,没有鳍,倒歪尾。甲片发育有感觉管网络,有成列的小孔通向外面,现代鱼类的感觉管、侧线系统就是由此演化来的。

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沟鳞鱼 (Bothriolepis)是3.8亿年到3.6亿年前沿海和河口常见的盾皮鱼类。头和胸套着蟹壳那样的外壳,外壳是由许多小骨板拼合成的,上面有弯曲的细沟。沟鳞鱼没有真正的鳍,仅在胸部长有一对套着硬壳的前肢,身体扁平,尾细长,能游泳,常在水底活动。

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裂口鲨(Cladoselache)是软骨鱼类的最原始代表之一,也是嘴巴开始具有上下颌的动物,生活在3.7亿年前的海洋里,它的大嘴长在头部的正前方,而不像现代鲨鱼那样是在头部的下面。身体修长而呈流线形,长1米多,尾巴宽大,可见它是游泳能手。它的颚骨关节比现代鲨鱼脆弱,但有更为强壮的颚骨肌肉,牙齿有很多尖峰,边缘光滑,适合咬开猎物,而不是撕开。

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邓氏鱼(Dunkleosteus)是距今3.7亿至3.6亿年之间,海洋里最大、最强悍的猎食者。身体流线形,前面包有厚甲,后面粗厚的皮肤长满小疙瘩或鳞片。身长达10米,重达4吨。有强壮有力的上下颌,没有真正的牙齿,而是各有一列嶙峋锋利的骨板,咬合力超过每平方厘米5吨,足以切断鲨鱼的身体,咬穿甲胄鱼的铠甲,压碎软体动物的甲壳等。瞧,它正扑向一条裂口鲨!

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胸脊鲨(Stethacanthus)是生存在距今3.7亿至3.45亿年前的古老鲨鱼,身长通常70厘米至2米,和现代鲨鱼差不多大小,可快速游泳。雄性的背鳍长成一个不可思议的烫衣板的形状,顶端覆盖着粗糙的齿状鳞,口鼻部的皮肤也有一片覆盖这样的齿状鳞,其功能究竟是用来吸引雌性的注意,还是为了在头顶模仿一个张开的大嘴恐吓天敌,科学家们无法确定。胸脊鲨一般在近岸浅水区游弋捕食小鱼和软体动物。有证据表明胸脊鲨可能有迁徙的习性,回到某个特定地点进行交配和繁殖。

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含肺鱼(Hyneria)是总鳍鱼类的一种,生活在3.6亿年前的北美海洋中,体长达5米,重达2吨,是当时海洋里凶悍的猎手。看,胸脊鲨(Stethacanthus)对于它不过是小菜一碟。含肺鱼的鳍相当发达,有强健的肌肉,可爬上岸捕食陆地生物与两栖动物。它们的鳔已具有陆地上呼吸的功能,也许开始向肺演化。

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旋齿鲨(Helicoprion)是2.8亿至2.5亿年前海洋里的霸主,小的身长3-5米,大的可达10米以上。流线形的身体和强健的尾鳍,说明它们是快速游泳者。它们的牙齿在上、下颌左、右两块颌骨接合处,向下、向内卷曲成环状齿列,每个牙齿边缘都带有锋利的珐琅质锯齿,适合切割猎物肉体。两旁还长着碾压用的侧齿,很适合压碎软体动物的硬壳。下颌齿列用来切断较大的食物。

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约2.5亿年前,地球历史上经历了一次最大的生物绝灭事件,90%以上的物种绝灭了,受影响最大的是海洋生物,96%的海洋物种绝灭。至此,从约5亿4千万年前持续到2亿5千万年前,历时约3亿1千万年的古生代结束了。

科学家一直在探讨这次大绝灭的成因,目前大多认为可能是全球大规模的火山喷发所致：喷出大量二氧化碳、二氧化硫和甲烷等气体,烟尘进入高空遮挡住阳光,引起全球气候剧烈变化,进而造成海平面的急剧波动和海洋中盐度的大幅度变化等,导致了生物的大灭绝。

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