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挑战进化论的澂江化石群及“动物大爆炸”

钱锟

 


伯吉斯页岩(Burgess shale
A 530 Million Year Old Trilobite
Burgess Shale, Yoho National Park, Canada

  “动物大爆炸”一词又称““生命大爆炸”,“化石大爆炸”,“寒武纪大爆炸”,或“进化大爆炸”。自从1909年华克(Walcott)在加拿大的伯吉斯页岩(Burgess shale)中,发现多种海洋动物的化石在寒武纪时代突然大量出现(註一),历经八十年其重要性鲜为外人所知。美国哈佛大学进化论大师,古尔德(Stephen Jay Gould, 1941-2002)称之为“行家的秘密”。他在1989年畅销的书奇妙生命Wonderful Life)中,用非常生动的文笔,首次描述华克等所发掘奇形怪状的化石,於是掀开了隐藏在寒武纪石层中,生物演化史上最神奇的一页。关爱大自然的读者才开始认识“寒武纪动物大爆炸”(註二)。到了1990年代初,中国科学院,南京古生物研究所,陈均远等将他们研究云南省澂江县化石的成果用英文介绍到西方,“动物大爆炸”开始震动了世界(註三)。美国纽约时报称之为二十世纪最惊人的发现之一。澂江现有“化石圣地”之称,已被联合国文教组织列为国际重点保护区。


澂江化石群

  为了深入了解澂江化石的贡献,笔者曾与香港中文大学前新闻系主任梁伟贤特意组织了一队国际专家,访问了南京古生物研究所。我们参观了珍藏的各类标本,並与该所专家进行了非常有意义的交流。又幸得陈均远,周桂琴,及孙卫国三位专家亲自带领往云南省澂江县实地考察化石宝藏。同时,香港名导演陈宇超率领职业影视人员随行,录映访问经过,准备制成专辑献与同胞共赏。
  “动物大爆炸”到底怎么“爆炸”;有何重大的意义?最近国际学者参考澂江石层,用最新方法监定地质学上寒武纪与“前寒武纪”的界线(註四)。並且确认在寒武纪之前,地球上还沒有任何复杂的动物出现。但是到了寒武纪的初页,五亿三千万年以前突然在澂江帽天山的黃色石层中,出现了许多类不同体型(body plan)的动物化石。从海绵,水母,触手类,虫类,天鹅绒虫,腕足类,各种节肢类,到最高的脊索或半脊索动物(云南虫)(註五),另名还包括了很多现今已经灭绝,形状“古怪”的动物。分类学家将各大类形〔不同体型构造〕的动物归入不同的动物“门”。如阿米巴,水母,蚯蚓,虾蟹,海星等动物分別归属於原生动物门,腔肠动物门,环节动物门,节肢动物门,和棘皮动物门等,现在存活的动物,有三十五门至三十八门。综合全世界发现的寒武纪的化石,共有五十多门。那么多不同的动物门突然同时出现,並且完全沒有留下任何进化或演变的痕跡,故名“动物大爆炸”(註六)。根据百年来流行的达尔文进化论学说:不同动物的来源是经过长期缓慢的演变,累积极微少的变異,再加上自然环境的选择,由一个生物“种”逐渐进化成两个种,四个种…然后才有新的“属”…新的“科”…最后才产生新的“门”。澂江化石显示的生物演化过程卻是:在同一环境中,比现在更多样化的动物,有五十多门突然同时出现。达尔文渐进学说,非但不能解释这突发性的现象,更不能解释为什么这些不同动物门一次同时出现之后,又有減无增。可见理论与事实洽洽相反。详见下图。


(按图可放大)

A. 根据传统达尔文学说(图左):所有生物都源於最古的一个单细胞。地球上动物门的历史发展,可以用树的生长,逐渐分枝为例表明。这是课本中常见的“进化树”。
动物门的数目也必需是从一个门到两个门…多个门,随着时间增长,最后到近代才能发展出三十多个门。
B. 化石的证据(图右),特別是澂江化石群被肯定之后,寒武纪大爆炸显然是生命史上独一的突发事件。除了少数例外,五十多门动物在五亿三千万年前突然同时出现。彼此之间完全沒有任何进化的痕跡。有如众多草种同时从地上萌发生长一样。
  可惜很多动物在不同时代相继灭绝。大爆炸之后,五亿年来动物门明显地递減至三十多门。
  比较AB两图可见达尔文学说与事实洽洽相反,这结论是无可推诿的。澂江化石群在科学上的意义何等重大。

  进化论大师古尔德首先承认这些矛盾,並用神秘中的神秘“enigma of all enigmas”来描述这个现象。他早於七十年代曾用细菌分裂数目可用S-曲线表示为例,強解寒武纪生命大爆炸之谜。可幸科学界並未盲目接受(註七)。以诡辩捍卫达尔文及渐进主义扬名的道金斯(Dawkins)说:“这批化石好像是有人故意放进石层中一样”。〔好像有人故意作弄我〕人民日报海外版1995年五月二十五日报道澂江化石受世界著名古生物学家注目;並说:“寒武纪生命‘大爆炸’是全球生命演化史上突发性重大事件,现代生命的多样性起源於此,…对其深入研究,可能对传统的达尔文进化论是一个动搖。”该项报道十分中肯,令人敬佩。坚持唯物,无神思想的人民日报刊登进化论“动搖”的文章,隐意令人寻味。
  澂江化石群主要是指澂江县,县城五公里外,帽天山侧寒武纪初期,五亿三千万年前留下黃色泥岩中海洋动物的化石群。这些化石的年代比加拿大伯吉斯页岩更早,是世界最古的动物化石。除了种类繁多之外,保存特別精美。陈教授指出除了动物的肢体,触毛等微细分枝清楚可见之外,软组织的标本如水母类,连口部,肠脏,神经,水管等都能保存。全球各地化石罕能媲美。任何古生物家看见都叹为观止。所以,这些最古的动物化石蘊藏了动物出现过程的重要信息。香港中文大学新闻系梁伟贤教授,陈宇超导演及摄映人员在化石坑忙於现场访问的同时,姚宣丽博士及我紧随着周桂琴女士埋头找化石。在短短数小时內,我已腰酸背病,两腿发麻了。但我们见到了海绵,金臂虫,古虫,等刺虫,周小姐虫,三叶虫,腕足类,古虾等珍贵化石达数十件。它们的名字我一时也记不清楚。但捧着这些国宝,真是爱不释手。重振精神,细细鑑赏。庆幸不负此行。回想虽然周女士经验丰富,眼明手快,但是能在短短数小时內发掘出如此多不同种类的标本,也表明澂江化石藏量之丰富,实在超乎想像!
  到底现今科学界对寒武纪生命大爆炸的原因和机制有什么解释?梁伟贤教授在南京主持了一个座谈会。让中外专家进行了两小时的交流。加州大学的Valentine教授重申他在学术演讲中比较维护达尔文的看法。他认为从这些动物的组织来看,几十门的差異並不太大。故可看寒武纪为小爆炸。而且最新分子遗传学,特別是对控制生物胚胎发育基因的研究,可能找出爆炸的新线索。孙卫国博士附从较早流行的:寒武纪初期氧气大量增加的学说。Valentine认为氧气学说缺乏证据。陈均远教授认为,达尔文的渐进及自然选择的模式显然与事实不符,但是澂江生命大爆炸可以从进化的突发性和自发性去理解。陈並採取艾崔奇及古尔德(Eldredge & Gould)提倡的“点断平衡”(Punctuated Equilibrium)的部分观点,认为进化不但是突变和渐变互相交替的过程;也是偶然性和必然性互为镶嵌的过程。动物不同体型的出现,完全是偶然性的支配;一旦某一门动物的基本造型,如节肢动物,确立后,立即可以开始必然性,辐射性的演化〔理论〕。他认为:在澂江就可见大量节肢类的代表,这就是一种明证了。我对这些创造动物不同体型的新基因究竟何来;演化过程本身的推动力何在比较有兴趣。提出疑问。可惜基本上是有问无答。大部分的讨论集中在现有不同理论是否合理;其可能性有多大。尚未涉及爆炸真正的基本原因和动力。从以上简单的记录可见,目前的讨论仍在相当哲学化的理论设想阶段。这也该算是意料中事,因为以前大部分学者採逃避的态度;至今科学界才开始真正面对爆炸。一时措手不及,何来答案?动物大爆炸这奇蹟可能是二十一世纪科研主要的课题;需要更大量的观察及实验证据才可以树立全新,较可靠的科学答案。
  澂江化石的贡献又可从科学发展历史的过程来看。我认为过去百年来,生物学在达尔文学说的典范(paradigm)下,已有了相当的成就。特別是在微进化范围內,现代生物学在农业,渔业,工业,医药,各方面已踏上了一个高峰。但在环境生态方面和社会科学的应用上,如生物彼此到底是竞爭还是合作;是弱肉強食,还是互助共存?尚待进一步讨论。所以,我们发现固有的思想典范不足应用之际,正是科学向前跃进的新开始。例如物理学自牛顿到爱因斯坦到量子力物理,已经历了三次突破。自然科学中最幼嫩的生物学,如今才等待着第一次的突破。我们无需为达尔文学说的沒落伤感,更无必要为保卫达尔文作垂死之战(对他学说的评价,並非攻击他本人)。何不欢迎新生物学的发展,期待真正的答案早日来临?
  有人问,既然达尔文主义明显末落,是否推行神创论的好时机?我认为若有人基於信仰进化论而坚持无神者,此刻应该三思。进化与否,不能排除一位超自然神的存在。同理,信仰神也不必完全反对进化过程科学的解释。但将宗教的答案与科学的答案混为一谈,有一定的危险。首先,在本质上,科学寻找的是物之理;求问事物发展之机制及过程。神创造是宗教的信仰,求问事物最终极的来源。宗教的答案重点在:谁造的,有何意义;並不在怎样造(过程)。从宗教的经典中找创造的机制,正如利用科学方法寻找神一样,不但徒劳无功,甚至会误己误人。无论达尔文本人宗教信仰有多深,他在自用的物种起源The Origin of Species)一书的封內白页上,亲手写了两句话:“我们要研读的有两本书,上帝的话(圣经)与上帝的创造(大自然)。”很明显,达尔文充分了解科学与信仰之別(註八)。科学与信仰可以整合,应该是相辅相成的。我与美,加基督徒“科学家团契”(American Scientific Affiliation)三千多会员都持同样态度:相信圣经,並且以研究神的创造为己任。另外,有人曾警告:凡与现时科学“结婚”者,很快会变成孤寡。喻意科学(特別是生命科学)在不断进步,无论有利与否,依附时尚理论,久之必定失望。我认为这也属智慧之言。宗教信仰本超越科学范畴,不应建於科学基础之上。但另一方面,将个人对科学与信仰上的认识作一些比对,倒是非常有趣的话题。

註一. Walcott, C.D.1910.
Abrupt Appearance of the Cambrian Fauna on the North American Continent Cambrian Geology and Paleontology, II.
Smithsonian Miscellaneous Collections 57:17-40.

註二. Gould, S.J. 1989.
Wonderful Life.
N.Y. Norton & Co.

註三. Chen, J-Y., J. Berstrom, M. Linstrom, and X.-G. Hou, 1991
Fossilized Soft-bodied Fauna.
National Geographic Research & Explosion 7(1): 8-19

註四. Bowring, S.A., J.P. Grotzinger, C.E. Isachsen, A.H. Knoll, S.M. Pelechaty, & P. Kolosov, 1993
Calibrating Rates of Early Cambrian Evolution
Science 261:1293-8

註五. Chen, J-Y., J. Dzik, G.D. Edgecombe, L. Ramskold & G-Q. Zhou 1995.
A Possible Early Cambrian Chordate.
Nature 377(6551): 720-722
&
Shu, D, X. Zhang & L. Chen 1996
Reinterpretation of Yunnanozoon as the earliest known hemichordate
Nature 380: 428-430

註六. Nash, J.M. 1995 (Dec. 4)
When Life Exploded
Time 146 (23): 66-74

註七. 古尔德1970年代著作近有中文版。笔者希望日后能详细评论。

註八. 见:詹腓力1994
    审判达尔文。钱锟等译
    中信出版社(CCM P.O.BOX 750759, Petaluma, CA 94975)
   〔该书为讨论进化论最佳参考〕

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