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挑戰進化論的澂江化石群及“動物大爆炸”

錢錕

 


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

  “動物大爆炸”一詞又稱““生命大爆炸”,“化石大爆炸”,“寒武紀大爆炸”,或“進化大爆炸”。自從1909年華克(Walcott)在加拿大的伯吉斯頁岩(Burgess shale)中,發現多種海洋動物的化石在寒武紀時代突然大量出現(註一),歷經八十年其重要性鮮為外人所知。美國哈佛大學進化論大師,古爾德(Stephen Jay Gould, 1941-2002)稱之為“行家的秘密”。他在1989年暢銷的書奇妙生命Wonderful Life)中,用非常生動的文筆,首次描述華克等所發掘奇形怪狀的化石,於是掀開了隱藏在寒武紀石層中,生物演化史上最神奇的一頁。關愛大自然的讀者才開始認識“寒武紀動物大爆炸”(註二)。到了1990年代初,中國科學院,南京古生物研究所,陳均遠等將他們研究雲南省澂江縣化石的成果用英文介紹到西方,“動物大爆炸”開始震動了世界(註三)。美國紐約時報稱之為二十世紀最驚人的發現之一。澂江現有“化石聖地”之稱,已被聯合國文教組織列為國際重點保護區。


澂江化石群

  為了深入了解澂江化石的貢獻,筆者曾與香港中文大學前新聞系主任梁偉賢特意組織了一隊國際專家,訪問了南京古生物研究所。我們參觀了珍藏的各類標本,並與該所專家進行了非常有意義的交流。又幸得陳均遠,周桂琴,及孫衛國三位專家親自帶領往雲南省澂江縣實地考察化石寶藏。同時,香港名導演陳宇超率領職業影視人員隨行,錄映訪問經過,準備製成專輯獻與同胞共賞。
  “動物大爆炸”到底怎麼“爆炸”;有何重大的意義?最近國際學者參考澂江石層,用最新方法監定地質學上寒武紀與“前寒武紀”的界線(註四)。並且確認在寒武紀之前,地球上還沒有任何複雜的動物出現。但是到了寒武紀的初頁,五億三千萬年以前突然在澂江帽天山的黃色石層中,出現了許多類不同體型(body plan)的動物化石。從海綿,水母,觸手類,蟲類,天鵝絨蟲,腕足類,各種節肢類,到最高的脊索或半脊索動物(雲南蟲)(註五),另名還包括了很多現今已經滅絕,形狀“古怪”的動物。分類學家將各大類形〔不同體型構造〕的動物歸入不同的動物“門”。如阿米巴,水母,蚯蚓,蝦蟹,海星等動物分別歸屬於原生動物門,腔腸動物門,環節動物門,節肢動物門,和棘皮動物門等,現在存活的動物,有三十五門至三十八門。綜合全世界發現的寒武紀的化石,共有五十多門。那麼多不同的動物門突然同時出現,並且完全沒有留下任何進化或演變的痕跡,故名“動物大爆炸”(註六)。根據百年來流行的達爾文進化論學說:不同動物的來源是經過長期緩慢的演變,累積極微少的變異,再加上自然環境的選擇,由一個生物“種”逐漸進化成兩個種,四個種…然後才有新的“屬”…新的“科”…最後才產生新的“門”。澂江化石顯示的生物演化過程卻是:在同一環境中,比現在更多樣化的動物,有五十多門突然同時出現。達爾文漸進學說,非但不能解釋這突發性的現象,更不能解釋為甚麼這些不同動物門一次同時出現之後,又有減無增。可見理論與事實洽洽相反。詳見下圖。


(按圖可放大)

A. 根據傳統達爾文學說(圖左):所有生物都源於最古的一個單細胞。地球上動物門的歷史發展,可以用樹的生長,逐漸分枝為例表明。這是課本中常見的“進化樹”。
動物門的數目也必需是從一個門到兩個門…多個門,隨着時間增長,最後到近代才能發展出三十多個門。
B. 化石的證據(圖右),特別是澂江化石群被肯定之後,寒武紀大爆炸顯然是生命史上獨一的突發事件。除了少數例外,五十多門動物在五億三千萬年前突然同時出現。彼此之間完全沒有任何進化的痕跡。有如眾多草種同時從地上萌發生長一樣。
  可惜很多動物在不同時代相繼滅絕。大爆炸之後,五億年來動物門明顯地遞減至三十多門。
  比較AB兩圖可見達爾文學說與事實洽洽相反,這結論是無可推諉的。澂江化石群在科學上的意義何等重大。

  進化論大師古爾德首先承認這些矛盾,並用神秘中的神秘“enigma of all enigmas”來描述這個現象。他早於七十年代曾用細菌分裂數目可用S-曲線表示為例,強解寒武紀生命大爆炸之謎。可幸科學界並未盲目接受(註七)。以詭辯捍衛達爾文及漸進主義揚名的道金斯(Dawkins)說:“這批化石好像是有人故意放進石層中一樣”。〔好像有人故意作弄我〕人民日報海外版1995年五月二十五日報道澂江化石受世界著名古生物學家注目;並說:“寒武紀生命‘大爆炸’是全球生命演化史上突發性重大事件,現代生命的多樣性起源於此,…對其深入研究,可能對傳統的達爾文進化論是一個動搖。”該項報道十分中肯,令人敬佩。堅持唯物,無神思想的人民日報刊登進化論“動搖”的文章,隱意令人尋味。
  澂江化石群主要是指澂江縣,縣城五公里外,帽天山側寒武紀初期,五億三千萬年前留下黃色泥岩中海洋動物的化石群。這些化石的年代比加拿大伯吉斯頁岩更早,是世界最古的動物化石。除了種類繁多之外,保存特別精美。陳教授指出除了動物的肢體,觸毛等微細分枝清楚可見之外,軟組織的標本如水母類,連口部,腸臟,神經,水管等都能保存。全球各地化石罕能媲美。任何古生物家看見都嘆為觀止。所以,這些最古的動物化石蘊藏了動物出現過程的重要信息。香港中文大學新聞系梁偉賢教授,陳宇超導演及攝映人員在化石坑忙於現場訪問的同時,姚宣麗博士及我緊隨着周桂琴女士埋頭找化石。在短短數小時內,我已腰酸背病,兩腿發麻了。但我們見到了海綿,金臂蟲,古蟲,等刺蟲,周小姐蟲,三葉蟲,腕足類,古蝦等珍貴化石達數十件。它們的名字我一時也記不清楚。但捧着這些國寶,真是愛不釋手。重振精神,細細鑑賞。慶幸不負此行。回想雖然周女士經驗豐富,眼明手快,但是能在短短數小時內發掘出如此多不同種類的標本,也表明澂江化石藏量之豐富,實在超乎想像!
  到底現今科學界對寒武紀生命大爆炸的原因和機制有甚麼解釋?梁偉賢教授在南京主持了一個座談會。讓中外專家進行了兩小時的交流。加州大學的Valentine教授重申他在學術演講中比較維護達爾文的看法。他認為從這些動物的組織來看,幾十門的差異並不太大。故可看寒武紀為小爆炸。而且最新分子遺傳學,特別是對控制生物胚胎發育基因的研究,可能找出爆炸的新線索。孫衛國博士附從較早流行的:寒武紀初期氧氣大量增加的學說。Valentine認為氧氣學說缺乏證據。陳均遠教授認為,達爾文的漸進及自然選擇的模式顯然與事實不符,但是澂江生命大爆炸可以從進化的突發性和自發性去理解。陳並採取艾崔奇及古爾德(Eldredge & Gould)提倡的“點斷平衡”(Punctuated Equilibrium)的部分觀點,認為進化不但是突變和漸變互相交替的過程;也是偶然性和必然性互為鑲嵌的過程。動物不同體型的出現,完全是偶然性的支配;一旦某一門動物的基本造型,如節肢動物,確立後,立即可以開始必然性,輻射性的演化〔理論〕。他認為:在澂江就可見大量節肢類的代表,這就是一種明證了。我對這些創造動物不同體型的新基因究竟何來;演化過程本身的推動力何在比較有興趣。提出疑問。可惜基本上是有問無答。大部分的討論集中在現有不同理論是否合理;其可能性有多大。尚未涉及爆炸真正的基本原因和動力。從以上簡單的記錄可見,目前的討論仍在相當哲學化的理論設想階段。這也該算是意料中事,因為以前大部分學者採逃避的態度;至今科學界才開始真正面對爆炸。一時措手不及,何來答案?動物大爆炸這奇蹟可能是二十一世紀科研主要的課題;需要更大量的觀察及實驗證據才可以樹立全新,較可靠的科學答案。
  澂江化石的貢獻又可從科學發展歷史的過程來看。我認為過去百年來,生物學在達爾文學說的典範(paradigm)下,已有了相當的成就。特別是在微進化範圍內,現代生物學在農業,漁業,工業,醫藥,各方面已踏上了一個高峰。但在環境生態方面和社會科學的應用上,如生物彼此到底是競爭還是合作;是弱肉強食,還是互助共存?尚待進一步討論。所以,我們發現固有的思想典範不足應用之際,正是科學向前躍進的新開始。例如物理學自牛頓到愛因斯坦到量子力物理,已經歷了三次突破。自然科學中最幼嫩的生物學,如今才等待着第一次的突破。我們無需為達爾文學說的沒落傷感,更無必要為保衛達爾文作垂死之戰(對他學說的評價,並非攻擊他本人)。何不歡迎新生物學的發展,期待真正的答案早日來臨?
  有人問,既然達爾文主義明顯末落,是否推行神創論的好時機?我認為若有人基於信仰進化論而堅持無神者,此刻應該三思。進化與否,不能排除一位超自然神的存在。同理,信仰神也不必完全反對進化過程科學的解釋。但將宗教的答案與科學的答案混為一談,有一定的危險。首先,在本質上,科學尋找的是物之理;求問事物發展之機制及過程。神創造是宗教的信仰,求問事物最終極的來源。宗教的答案重點在:誰造的,有何意義;並不在怎樣造(過程)。從宗教的經典中找創造的機制,正如利用科學方法尋找神一樣,不但徒勞無功,甚至會誤己誤人。無論達爾文本人宗教信仰有多深,他在自用的物種起源The Origin of Species)一書的封內白頁上,親手寫了兩句話:“我們要研讀的有兩本書,上帝的話(聖經)與上帝的創造(大自然)。”很明顯,達爾文充分了解科學與信仰之別(註八)。科學與信仰可以整合,應該是相輔相成的。我與美,加基督徒“科學家團契”(American Scientific Affiliation)三千多會員都持同樣態度:相信聖經,並且以研究神的創造為己任。另外,有人曾警告:凡與現時科學“結婚”者,很快會變成孤寡。喻意科學(特別是生命科學)在不斷進步,無論有利與否,依附時尚理論,久之必定失望。我認為這也屬智慧之言。宗教信仰本超越科學範疇,不應建於科學基礎之上。但另一方面,將個人對科學與信仰上的認識作一些比對,倒是非常有趣的話題。

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. 古爾德1970年代著作近有中文版。筆者希望日後能詳細評論。

註八. 見:詹腓力1994
    審判達爾文。錢錕等譯
    中信出版社(CCM P.O.BOX 750759, Petaluma, CA 94975)
   〔該書為討論進化論最佳參考〕

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