科學(xué)無禁區(qū)，探索無止境。日月經(jīng)天，江河行地，花開花落四季輪回，大自然隱藏著無窮的奧秘，等待我們?nèi)ソ沂尽．?dāng)一個(gè)個(gè)奧秘被我們解開，并被普及到大眾中，它就成為常識(shí)；同時(shí)，新的奧秘又?jǐn)[在我們面前。

大自然是我們的老師，讓我們關(guān)注每一棵樹、每一根草、每一株花、每一滴水……

古生物及古人類

◎李四光

一、原始生命形態(tài)的遺跡

（一）

地球上出現(xiàn)有生命的物質(zhì)，是地球發(fā)展史上破天荒的大事。最原始的生物是在寒武紀(jì)以前的時(shí)代開始出現(xiàn)的。那些原始生命形態(tài)的遺跡（化石）被保存在寒武紀(jì)以前的古老地質(zhì)時(shí)代所形成的地層里面。

寒武紀(jì)以前所形成的地層，概括地說，可以分為兩大部分。一部分為古老的變質(zhì)巖系，包括變質(zhì)沉積巖以至變質(zhì)極深的各種結(jié)晶片巖及各種混合雜巖等。這些古老變質(zhì)巖的形成是從距今約20億～30億年或更早的年代以前開始的。覆蓋在那些古老變質(zhì)巖系上面的，是時(shí)代較晚的輕微變質(zhì)或基本上沒有變質(zhì)的沉積巖系。這一套巖系在我國發(fā)育完整，分布廣泛，故名為“震旦系”，其所代表的時(shí)代則稱為“震旦紀(jì)”。震旦紀(jì)大約開始于距今10億（？）年前，其延續(xù)時(shí)間約達(dá)4億年之久。在震旦紀(jì)地層上面的，就是寒武紀(jì)的地層了。

寒武紀(jì)的地層是最早的含有豐富生物化石的地層。它含有大量的動(dòng)物化石，如三葉蟲、腕足類及古杯海綿等。有一些古生物工作者認(rèn)為，這些大量的和較高級(jí)動(dòng)物不可能是驟然發(fā)生的，一定在它們之前，還會(huì)有和它們相類似但較為低級(jí)的動(dòng)物，代表在它們之前的發(fā)展階段。這些更早的動(dòng)物一定是生活在寒武紀(jì)以前的時(shí)代。為了證實(shí)這個(gè)想法，人們?cè)龀霾粩嗟呐Γ獜暮浼o(jì)以前的地層中找到化石。

如前所述，寒武紀(jì)以前的那些古老變質(zhì)巖系，經(jīng)過多次強(qiáng)烈地殼運(yùn)動(dòng)，以致支離破碎、結(jié)晶變質(zhì)，即使當(dāng)初含有生物遺體或遺跡，也必然被摧毀，極難從其中找到可以鑒定的化石。但以后在那些古老變質(zhì)巖系的上面，發(fā)現(xiàn)了震旦紀(jì)的地層（在外國也找到與我國震旦紀(jì)地層相當(dāng)?shù)膸r系），它是基本上沒有變質(zhì)的沉積巖系，厚度有時(shí)達(dá)到數(shù)千至10000多米。震旦紀(jì)巖系的發(fā)現(xiàn)，燃起了人們尋找寒武紀(jì)以前的化石的希望。

有人曾根據(jù)生物的發(fā)展觀點(diǎn)，將已知的寒武紀(jì)的動(dòng)物加以分析概括，從而推論出寒武紀(jì)以前的動(dòng)物群應(yīng)該是由無殼的原生動(dòng)物、硅質(zhì)海綿、原始腔腸類、環(huán)節(jié)蠕蟲、無鉸的腕足類以及某種類似三葉蟲但更原始的節(jié)肢動(dòng)物所組成。但多少年來，在世界各國的寒武紀(jì)以前的地層（包括震旦紀(jì)地層）中所搜尋到的，只是殘缺而貧乏的原始生命形態(tài)的遺跡，遠(yuǎn)不足以證實(shí)這個(gè)推論。

（二）

在震旦紀(jì)的石灰?guī)r及白云巖中比較常見的，是具有同心圓構(gòu)造的化石。大多數(shù)古生物工作者認(rèn)為它是藍(lán)綠色藻類的群體的鈣質(zhì)分泌物，故又把這種藻類叫做鈣藻。

1922年我國地質(zhì)工作者在北京西北的南地區(qū)考察地質(zhì)，通過仔細(xì)觀察，明確了鈣藻中的“中國聚環(huán)藻”在震旦系南口灰?guī)r中的層位，并發(fā)現(xiàn)了另外兩個(gè)新種，以后被分別定名為“筒狀聚環(huán)藻”及“棱角聚環(huán)藻”。1924年我國地質(zhì)工作者又在長江三峽地區(qū)發(fā)現(xiàn)了相同的鈣藻化石。以后在我國華北及西部不少地區(qū)的震旦紀(jì)石灰?guī)r中，都陸續(xù)找到這類化石。

華爾科于1906年在美國蒙大拿州的柏爾特系（相當(dāng)于我國的震旦系）地層中采集并描述了鈣藻的許多新種。據(jù)雷蒙的意見，其中有些是可疑的，可能是無機(jī)質(zhì)的結(jié)核。

最古老的原始植物化石為一種細(xì)菌，是在美國密執(zhí)安州休倫系（大致相當(dāng)于我國的滹沱系）的鐵礦層中發(fā)現(xiàn)的，呈桿狀，在高倍顯微鏡下才能看見，很像現(xiàn)代的“衣細(xì)菌”。據(jù)說是鐵細(xì)菌的一種，能將水溶液中的鐵質(zhì)分泌出來，使其沉積成鐵礦層。

1915年華爾科用高倍顯微鏡觀察從美國蒙大拿州基維諾組（相當(dāng)于我國震旦系）石灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)的“微球菌”，其直徑僅為0.001毫米。

對(duì)于上述這些細(xì)菌，既缺乏堅(jiān)硬組織又如此細(xì)微，竟然能從寒武紀(jì)以前到現(xiàn)在仍保存到可以鑒定的程度，有人（如美國的雷蒙）持懷疑態(tài)度。但也有一些人認(rèn)為寒武紀(jì)以前的古老巖系中含有的大量石灰?guī)r、石墨及一些鐵礦，是屬于有機(jī)成因的巖、礦，是通過當(dāng)時(shí)水體中大量細(xì)菌及藻類這些原始生物分泌作用而沉積起來的。例如前蘇聯(lián)的維爾納茨基石爾格和斯特拉霍夫都認(rèn)為龐大的“前寒武紀(jì)”含鐵石英巖礦層是由鐵細(xì)菌形成的。

從蒙大拿的“前寒武紀(jì)”石灰?guī)r中，華爾科又曾找到一些沒有定形輪廓的化石碎片，認(rèn)為與“翼鱟”或“板足鱟”相接近的一種節(jié)肢動(dòng)物的甲殼。愛基渥次、大衛(wèi)等從澳大利亞“前寒武紀(jì)”地層中所獲得的所謂“節(jié)肢動(dòng)物”，據(jù)雷蒙說，可能是同樣性質(zhì)的東西。

在前蘇聯(lián)，在烏拉爾西坡的里菲界（相當(dāng)于我國的震旦系）及西伯利亞的震旦系中，也找到鈣藻并分為許多屬、種，而總稱之為“疊層石”。據(jù)說在南烏拉爾里菲界的迭層石中曾找到可疑的微體生物化石。

以上是講的植物化石，下面我們轉(zhuǎn)到動(dòng)物方面。

在北美洲，主要是在加拿大南部及美國西部，更先后找到零星的動(dòng)物化石，其中有些也是可疑的、有爭議的東西。在北美，對(duì)“前寒武紀(jì)”化石研究最早，致力最多，費(fèi)時(shí)最久的，還是前面已經(jīng)講到的那位美國“權(quán)威”華爾科。而對(duì)他的工作成果持懷疑甚至否定態(tài)度的，則是他的后輩另一位美國人雷蒙。有關(guān)動(dòng)物化石的發(fā)現(xiàn)簡述于下。

海綿化石——1911年，華爾科曾描述，在加拿大南部安大略的阿瑟港附近，在“前寒武紀(jì)”、“陡巖系”的石灰?guī)r中所獲得化石標(biāo)本，將其與寒武紀(jì)的一種海綿相比較。以后被證明是無機(jī)物所形成，不是生物化石。但華爾科曾報(bào)道在美國西南部大峽谷地區(qū)的相當(dāng)于我國震旦紀(jì)上部地層中，發(fā)現(xiàn)了據(jù)說是真正的海綿骨針。

腔腸動(dòng)物（水母及其他）化石——據(jù)說在美國大峽谷“前寒武紀(jì)”地層中曾找到過水母化石。從芬蘭東部前寒武紀(jì)石灰?guī)r夾層中，曾找到一種近于床板珊瑚的可疑化石。

環(huán)節(jié)動(dòng)物（蠕蟲）化石——華爾科曾描述從美國蒙大拿的“前寒武紀(jì)”巖層中找到的蠕蟲爬行印跡及所掘的空洞。在我國南沱燈影灰?guī)r中也曾發(fā)現(xiàn)過蠕蟲穿過藻類所留下來的空洞。

在澳洲南部震旦紀(jì)地層中找到的竹石，據(jù)說還有翼足類及原始的腕足類。

此外，在歐洲，許多年前，凱耶曾描述從布利塔尼（法國西北部）的變質(zhì)巖中獲得的許多放射蟲、有孔蟲及海綿，曾一度被廣泛接受為“前寒武紀(jì)”化石，但也引起懷疑和爭論。以后一個(gè)法國地質(zhì)家指出含這些化石的地層并非“前寒武紀(jì)”而可能是泥盆紀(jì)。因此，在歐洲曾轟動(dòng)一時(shí)的“前寒武紀(jì)”動(dòng)物群是不足可信的。

（三）

概括上述，從20世紀(jì)初期到現(xiàn)在，超過了半個(gè)世紀(jì)，人們已找到的寒武紀(jì)以前的生物化石，在植物方面僅為藍(lán)藻、細(xì)菌及某些不能作確切鑒定的孢子；動(dòng)物化石方面則為海綿骨針。腔腸動(dòng)物（水母及另一種可疑化石）、環(huán)節(jié)動(dòng)物活動(dòng)時(shí)留下的殘跡及翼足類與腕足類。門類雖然也不算少，但重要的問題是在于這些零星殘缺的生物遺跡，除鈣藻外，都是極其少見的，而且它們絕大部分的真實(shí)性是有懷疑和爭論的。這就使人們突出地感覺到，生物在寒武紀(jì)以前的數(shù)十億年漫長的演化過程中，給我們留下的化石竟是如此的貧乏，這與寒武紀(jì)一開始就出現(xiàn)的頗為繁盛的和相當(dāng)高級(jí)的生物群，遠(yuǎn)遠(yuǎn)銜接不起來。對(duì)這一現(xiàn)象如何解釋呢？

在18世紀(jì)末葉，法國科學(xué)工作者居維葉（1769—1832）提出了“災(zāi)變論”。他和他的學(xué)生迪奧賓尼認(rèn)為在地質(zhì)發(fā)展史中，地殼運(yùn)動(dòng)形成海陸升降的突然變革，或使海涸為陸并隆起大山脈，或使陸沉為海，每次都給生物帶來一次災(zāi)亂，而這種災(zāi)亂使地球上一切生物滅絕，以后又由一種所謂新的不尋常的“全能的創(chuàng)造力”，將生物又恢復(fù)起來。他們并認(rèn)定物種是永恒不變的，新的和舊的，高級(jí)的和低級(jí)的物種之間沒有演化的關(guān)系。舊的物種在一次災(zāi)變中完全被滅絕了，以后由“全能的創(chuàng)造力”又創(chuàng)造出一些新的更高級(jí)的物種。按照災(zāi)變論的說法，則寒武紀(jì)以前的生物就可以認(rèn)為是在一次地殼運(yùn)動(dòng)所引起的災(zāi)變中被毀滅得毫無蹤影，寒武紀(jì)的動(dòng)物則是以后由什么“全能的創(chuàng)造力”一下子創(chuàng)造出來的了。這是地地道道的形而上學(xué)的觀點(diǎn)。隨著生物科學(xué)的發(fā)展，特別是在達(dá)爾文的《物種起源》一書問世后，這一類帶有濃厚宗教迷信的說法就越來越站不住腳了。

由于在我國以及其他國家先后發(fā)現(xiàn)基本上沒有變質(zhì)、適于保存化石的那一套寒武紀(jì)以前的地層（即震旦系），人們也不能再說寒武紀(jì)以前化石的貧乏是因?yàn)槟莻€(gè)時(shí)代的地層屢經(jīng)劇烈破壞，不能保存化石了，于是轉(zhuǎn)到生物本身上來尋找原因，因而把注意力集中到另一方面的解釋，即寒武紀(jì)以前的動(dòng)物缺乏堅(jiān)硬的鈣質(zhì)外殼或骨骼，即缺乏被保存為化石的條件，認(rèn)為這是寒武紀(jì)以前化石特別稀少的主要原因。

那么，為什么那時(shí)的動(dòng)物沒有鈣質(zhì)骨骼呢？對(duì)此，資產(chǎn)階級(jí)的學(xué)者根據(jù)某些片面的認(rèn)識(shí)，曾試圖作出各種解答，主要的可分為以下四種：

（1）因?yàn)楹浼o(jì)以前的海水中缺乏鈣質(zhì)；

（2）寒武紀(jì)以前的海水中含有較多的氯及其他游離的化學(xué)元素，使海水變?yōu)樗嵝缘模柚沽松镡}質(zhì)骨骼的形成；

（3）現(xiàn)在能見到的寒武紀(jì)以前的地層都是大陸上的淡水停積物，而淡水含鈣量很低；

（4）寒武紀(jì)以前的動(dòng)物都是漂浮在海水表層的浮游動(dòng)物，鈣質(zhì)介殼或骨骼太重，對(duì)浮游生活不利，因而沒有形成鈣質(zhì)骨骼，只有到了較晚的寒武紀(jì)或更晚的奧陶紀(jì)，在海底生活的底棲動(dòng)物才形成笨重的鈣質(zhì)介殼或骨骼。

關(guān)于一二兩種說法，只要看一看我國震旦紀(jì)的厚度大而分布又廣的石灰?guī)r層，就可以肯定那時(shí)的海洋不缺乏鈣質(zhì)。海水中既然含有大量的鈣，也就不是什么酸性的了。

關(guān)于第三種說法，把寒武紀(jì)以前所形成的地層全部說成是大陸停積，是沒有根據(jù)的。像我國的震旦紀(jì)石灰?guī)r，與中、新生代陸相沉積的碎屑巖顯然不同。退一步說，即使是陸相停積，也不能作為鈣質(zhì)骨骼不能形成的理由，因?yàn)槲覀冎溃箨懮虾昂铀械膭?dòng)物，如常見的淡水螺蚌，也具有鈣質(zhì)介殼，因而也能被保存為化石。

第四種說法，是雷蒙及布魯克斯所主張的。他們認(rèn)為“前寒武紀(jì)”動(dòng)物為適應(yīng)浮游生活，故無鈣質(zhì)骨骼，但指出可以有較薄、較輕的幾丁質(zhì)或硅質(zhì)骨骼。這個(gè)說法好像能說明寒武紀(jì)以前的動(dòng)物沒有鈣質(zhì)骨骼的原因，但并不能解答寒武紀(jì)以前的動(dòng)物化石何以如此貧乏的問題。因?yàn)殁}質(zhì)骨骼固然是保存化石的良好條件，而幾丁質(zhì)的介殼也同樣能保存為化石，寒武紀(jì)地層中保存得很好的大量的三葉蟲以及常見的舌形貝，正是具有幾丁質(zhì)的外殼。那么，那些沒有鈣質(zhì)骨骼但可以具有幾丁質(zhì)外殼的寒武紀(jì)以前的動(dòng)物，為什么也不能像寒武紀(jì)的三葉蟲及舌形貝那樣被保存為化石呢？

如上所述，資產(chǎn)階級(jí)學(xué)者的種種解釋，并沒有能夠真正地解答問題。其實(shí)，寒武紀(jì)以前生物化石的貧乏并不是什么奇怪的事，因?yàn)樯镌诿妊亢桶l(fā)展的初期，個(gè)體的數(shù)量就是比較小，分布的面積不廣，分布的密度不大，因而能被保存為化石的機(jī)會(huì)就更少。雖然我們不能排除這種可能性，即今后隨著地質(zhì)、古生物工作的擴(kuò)展和深入，還會(huì)在寒武紀(jì)以前的地層中找到若干零星的生物遺跡；但即使如此，由于寒武紀(jì)生物群的大發(fā)展，包括若干主要門類的生物（如三葉蟲等）發(fā)展的飛躍，因而在寒武紀(jì)以前的古老時(shí)代與寒武紀(jì)之間，生物的演化是存在著一個(gè)很大的不連續(xù)（間斷）。寒武紀(jì)以前的漫長的古老時(shí)代，是生物孕育、萌芽和發(fā)展的初期階段，那時(shí)的生物群，作為整體來看，它的演化看來是緩慢的。這種長期的緩慢的演化，為生物體本身準(zhǔn)備了質(zhì)變的飛躍和大量繁殖的條件，因而一旦到達(dá)寒武紀(jì)，在適宜的外界環(huán)境條件（例如海水的溫度、溶解的物質(zhì)成分及營養(yǎng)物質(zhì)等等）的促使下，就出現(xiàn)一個(gè)大發(fā)展，從而產(chǎn)生了大量的和較高級(jí)的生物。

生物發(fā)展的不連續(xù)性，在寒武紀(jì)與“前寒武紀(jì)”之間是異常突出的，但在以后的各地質(zhì)時(shí)代這種不連續(xù)還陸續(xù)出現(xiàn)，使不同時(shí)代的生物群呈現(xiàn)顯著的差異。總的說來，在每次不連續(xù)之后，就有更高級(jí)的生物通過質(zhì)變的飛躍而出現(xiàn)，因而我們有可能根據(jù)不同的化石生物群來鑒別不同地層的先后時(shí)代。由于不同時(shí)代的地層往往含有不同的沉積礦產(chǎn)（例如震旦紀(jì)以前古老變質(zhì)巖系中的沉積變質(zhì)鐵礦，震旦紀(jì)地層中的鐵礦、錳礦，寒武紀(jì)早期地層中的磷礦，泥盆紀(jì)地層中的沉積鐵礦，石炭紀(jì)地層底部的鋁土礦，石炭紀(jì)、二疊紀(jì)及中、新生代地層中的煤礦、石油與天然氣以及鹽類礦產(chǎn)等等），因而古生物學(xué)的工作，通過對(duì)地層時(shí)代的鑒別，在尋找礦產(chǎn)資源為社會(huì)主義建設(shè)服務(wù)方面，具有重大的實(shí)際意義。