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| PNAS：生物体积增长集中于两个历史时期 |
| 这两个时期的总时长，还不到整个地球生命历史的五分之一 |
按照现有的生物进化理论，地球上所有现存的生命，无论是人类本身还是像蓝鲸这样的庞然大物，都可以追溯到大约35亿年之前最古老的一批原核生物——细菌就属于原核生物的一种。
然而，这些最初微小的、不起眼的生物，是怎样在漫长的历史岁月中，进化到体积如此庞大的复杂生命的？还有，这种“从小到大”的进化游戏，是否仍将继续？
在最近出版的美国《国家科学院院刊》（PNAS）上，斯坦福大学的乔纳森·佩恩（Jonathan L. Payne）博士和他的同事给出了一种可能的答案：地球上生物体积的增长，实际上是在两个相对集中的历史时期完成的；而在这两次革命过程中，每次增加的最大值都高达上百万倍。
在美国国家进化综合中心（National Evolutionary Synthesis Center）的资助下，佩恩和其他十个研究机构的同事共同完成了此次调查。通过对大量的科学文献和化石进行分析，科学家们发现，生命体积的扩张并不是渐进的过程，而是主要集中在古远古代中期（约16亿年前）和古生代的早期（约五亿四千万年前）；这两个时期的总时长，还不到整个地球生命历史的五分之一。
氧气革命
在生命发展的最初15亿年中，地球上的栖居者主要是大量的原核生物，最典型的就是细菌。原核生物是由原核细胞组成的单细胞生物，它的细胞结构比较简单，没有储存遗传物质的细胞核，处于整个进化阶梯的底部。
正是由于原核细胞自身的局限性，决定了它的体积不可能很大程度的扩张。不过，此时，变化的契机已经正在酝酿。
在距今27亿至24亿年前，一种在进化史上具有重大意义的原核生物——蓝细菌（cyan bacteria）诞生了。蓝细菌通过光合作用，能够吸收二氧化碳，并释放出氧气。
蓝细菌
在远古时期，地球上的氧气非常稀薄，大部分氧元素都被固定在其他物质中，比如水和岩石。而随着蓝细菌在远古海洋中的繁盛，越来越多的氧气被排放出来。
氧气的逐渐增加，使得地球变得更有活力，因为更多的氧气意味着生物可以通过氧化过程获得更多的能量。正是在这种有利条件下，约16亿年前，真核细胞出现了，真核生物登上了历史舞台。
真核生物虽然仍然是单细胞生命体，但与原核生物不同的是，在氧气的辅佐下，它已经进化出了更加复杂和完善的细胞结构。比如，真核细胞已经具有由染色体、核仁、核液等构成的细胞核，细胞内部也逐步分化出了各种机能。
这种细胞结构的复杂化，直接导致了生物体积的变化。在大约两亿年的时间内，真核生物从肉眼不可见的尺寸，一跃而进化成一角硬币大小。
事实证明，由原核细胞向真核细胞的进化，是生命体积第一次革命的关键。
“化石记录清楚地告诉我们”，佩恩博士解释说，“原核细胞不太可能发生体积上的剧变。因为即使到了今天，原核生物也还是像以前一样的微小。”
多细胞繁荣
此后，地球上的生命又以单细胞的形式静静地度过了十亿年。直到距今约五亿四千万年前，随着大气层中的氧气浓度又一次提高，生命体积的扩大才迎来了第二个春天。
虽然迄今为止，这次氧气含量增加的原因尚不明确，但这一现象，极有可能为大型多细胞生物的产生提供了先决条件。
这是因为，多细胞生物在新陈代谢的过程中，需要吸收周遭的氧气以获取能量。而这一时期氧气相对充足的环境，正好能够支持更多数量细胞的存活，从而促进了体积庞大的多细胞生物的出现。
此时的地球正在步入寒武纪——地质年代中古生代的第一纪。在地球生物演化史上演新的一幕时，短短数百万年时间里，包括现生动物几乎所有类群祖先在内的大量多细胞生物突然出现，这一爆发式的生物演化事件被称为“寒武纪生命大爆炸”（Cambrian explosion）。带壳、具骨骼的海洋无脊椎动物趋向繁荣，它们在海洋中栖息生活，以微小的海藻和有机质颗粒为食物。其中，最繁盛的是节肢动物三叶虫，故寒武纪又称为“三叶虫时代”。
这些种类繁多的多细胞生物，在接下来的一亿年中，逐渐进化成体积越来越惊人的个体。而其中最为庞大的一支，莫过于奥陶纪的海中霸王——巨大的头足类动物，包括鹦鹉螺、角石和菊石等。
奥陶纪是紧接寒武纪之后古生代的第二个纪元。在这一时期广袤的海洋里，三叶虫依然平静地生活着，然而它的霸主地位已经完全让给了大而凶猛的头足类动物：当凶猛的鹦鹉螺向它进攻时，它所能做的就是迅速把身体蜷起来，然后沉入海底。
古生物学家曾在奥陶纪的地层中，发现过长达11米的鹦鹉螺。在奥地利的戈纳盆地，人们也挖掘出直径超过两米的菊石，其尺寸完全可以媲美一张成年人睡的大床。
这些巨型的多细胞生物与真核生物相比，体积又扩大了不下百万倍。而所花费的时间，却还不到第一次体积飞跃的一半。而我们今天所看到的整个体积多变的现代生物世界，也都是这次大爆发的“遗产”。
还有第三次吗？
一个问题是：在可以预见的未来，地球上会不会出现第三次的体积飞跃呢？
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的邓涛博士告诉《财经》记者，自有脊椎动物出现以后，生物体积的增长已经趋于平缓了。
当然，他补充说，从进化的规律来看，生物的体积总体上是一直在增大的，并且还将保持这一趋势。
这主要是由于个大的物种通常寿命较长。例如，老鼠一般只能存活一至两年，而大象的平均寿命则可以达到几十年。较长的生存时间也在客观上增加了生物的繁殖机会，从而有利于种族的延续。
此外，“身大力不亏”几乎是自然界的普适性原理。从生存竞争的角度看，一种生物的体型越壮硕，比它小的食肉动物就越难威胁到它的性命，这也是变得庞大的好处。
不过，邓涛博士也强调，生物体积的增大，同时也会产生不利的影响。因为大体积生物对于食物量的需求更大。因此，对环境变化的适应性较弱。
在生物史上，也不乏“逆向发展”的种族。比如说鸟类，鸟类祖先始祖鸟约有半米多长，其体型比现代鸟类要大出好几码。
佩恩博士也指出，尽管第三次的飞跃在理论上来说是可行的，但是就地球目前的空间和资源状况来看，或许已经没有更多的余地容纳体型更为巨大的生命。
从这个意义上来说，地球的大小已经决定了生物体积的极限。更何况，人类这个“二次革命”的遗产，还在急剧地压缩着其他物种的生存空间和资源。
