小中大寒武纪物种大爆发和病毒的起源
但是为什么物种大爆发在寒武纪发生呢?为什么病毒在寒武纪发挥它的威力呢?一个合理的解释就是病毒是在寒武纪前叶出现的。早在20世纪80年代,古生物学家就在寒武纪三叶虫首现层以下的样品中,发现了极高的铱异常。以后,在长江三峡的中部以及云南的澄江地区,通过对寒武纪底界的地质样品的分析,也发现了铱异常。铱异常是陨星撞击地球的可靠标志。这意味着在寒武纪前期,地球曾频繁地受陨星的撞击。高密度或大的陨星撞击,给地球带来灾难和死亡,寒武纪前的埃迪卡拉动物很可能正是陨星撞击地球的牺牲品。我们可以推测正是寒武纪前期频繁的陨星撞击地球这种极端的环境条件下,由于恶劣的生存状态,使一些细胞的基因组成分的丢失,退化成为病毒样的结构,这种以核酸为基础的结构更能抵御恶劣的自然环境;同时由于环境恶劣程度的差异,细胞基因组丢失的成分与数量也不同,因此随机形成复杂程度不同的各类病毒,以特有的无生命的状态而保留下来。进入寒武纪,地球生存条件改善,这些病毒通过入侵或吞噬获得进入细胞的机会,与经过劫难残留下来细胞物种共同促成了物种大爆发。因此说病毒是寒武纪物种大爆发的重要参与者,另一个需要补充解释的问题是,病毒的发生有内源性与外源性(细胞退化)两种方式,(见前博文,病毒的起源。)内源性病毒的发生与上述机制无关,内源性病毒基因的掺入与自身基因的增加和异化机制相似,病毒也没有向复杂化和大型化进化的机制。促进物种快速进化的是带有复制、异源、随机生存的外源性病毒,因为这类病毒因细胞退化的随机性,造成发生的病毒基因组的多样性与复制性,因此说是寒武纪前夕因地球环境恶变而生成的外源性病毒促成了物种大爆发。
在生命发展的低级阶段,细胞没有对抗病毒的机制,因此接受病毒基因的参入是无条件的,病毒的入侵可以决定一个物种的兴与亡,这对一个物种遗传的稳定性是不利的,但在这种不稳定中,按照物竞天择的达尔文进化论规则,物种于大浪淘沙中不断分化与进展,可以说在寒武纪,是病毒主宰了地球生物的发展。随着物种的进化,多细胞、多组织、多器官的出现以及细胞功能的分化,生命体适应外环境变化的能力越来越强,其内环境也越来越精细,由于外来物种的入侵打破这个精细的内环境的稳定,有可能使整个生命体解体并消亡,这样就促使了免疫系统的兴起。同时为了对应外环境的变化,也促使了神经系统的发展。在脊椎动物发展中新出现的40%的基因主要是施职于这两个系统的。免疫系统是专职清除进入体内的外来微小物种的,或清除因感染病毒而表面特征发生改变的细胞,入侵的病毒在免疫系统的压力下失去了扩展的机会。在三文鱼已经具备的脊椎动物完善的免疫系统保持了自身基因的稳定性,使外来基因入侵的能力受到极大的限制,因此寒武纪物种大发展后建立的物种框架基本上就稳定,物种进化跃进现象基本停止,回到自然突变的机制上各自进化。虽然寒武纪后病毒仍可将基因带入一些低等的物种,但由于已存在的高级物种的生存优势和资源占有,病毒参与低等生物基因组演化的机制还是存在,但为地球上普遍的优势物种所掩盖。
近年来科学家在百慕大进行了为期20天的考察,将生活在海面到海底4.8公里深处的浮游生物“一网打尽”。在捕获的数千种生物中,科学家已经对500种进行了分门别类,并对其中220多种的基因序列进行了分析。结果显示至少有20种浮游生物是没有原始同类的第一次发现,这中间可能有新发生的,当然也有可能是以往遗漏的。
智能世界的物种大爆发
随着人类掌握了研究物种的两把钥匙——核酸序列分析和基因工程学,我们已经进入一个新的物种大爆发期。这两把钥匙赋予科学家在实验室里创造新的物种的能力,可用转基因技术或基因“敲出”技术对物种改造。以前需要几千年甚至几十万年的自然进化过程,现在仅仅几个星期时间就可完成。当今转基因食物、转基因动物和转基因花卉作为新物种的代表已经进入人类的日常生活。全球估计有成千上万的分子生物学实验室,在进行新基因的创造实验,进行各种物种间的基因组合,甚至是动植物间、人与动物间的基因组合(如人的基因与兔卵的核外基因的组合,人类干细胞与羊胎的组合等等。)但与寒武纪物种大爆发有质的不同,前者是混沌世界的物种大爆发,后者来的将是智能世界的物种大爆发,它带来的是奇花异木的天堂美景,还是魑魅魍魉的现世浮屠,将由后来人来面对。