动物的元祖——单细胞动物

从元古代晚期的震旦纪开始,多细胞动物在海洋世界中登场了。当时这些动物一般都是裸露的,没有保护性的硬壳。发现于澳大利亚伊迪拉卡的距今6.3亿年前的软躯体动物群,正是这一时期有名的生物化石。我们可以借此穿越时空的阻隔,窥见当时生活在海洋中的多种生物,其中有漂浮游荡的水母,固着水底的海鳃类,还有蠕动爬行的环节动物。

珊瑚解密

珊瑚虫的身体可以分泌钙质形成骨骼,但这个过程对环境因素的变化十分敏感。海水温度的季节变化和昼夜变化,直接影响珊瑚虫形成骨骼的速度:温度高,形成骨骼的速率快;反之则慢。

因此,在珊瑚虫骨骼的表面就会形成一条一条的生长线和生长带,它们反映海水温度的季节和昼夜变化。其中,生长带是珊瑚虫年生长变化的结果。夏季由于环境条件有利,珊瑚虫分泌的钙质较多,它的骨骼形成膨胀状的生长带,向外突起。而冬季生长条件不利,它分泌的钙质较少,骨骼就形成压缩状的生长带。仔细观察的话,还能发现每一个生长带内有很多宽度只有几微米的细线,那就是生长线,它是珊瑚虫每天生长周期的反映。

这样,珊瑚虫的骨骼就记录了不同历史时期的季节和昼夜变化节律,有人把它称为“古生物钟”。

1963年,威尔斯数了数距今3.6亿多年前泥盆纪半拖鞋珊瑚标本上的生长带,确定当时每年约400天,并据此推算出当时每天只有21小时54分钟。后来又确定石炭纪每年约390天。

腕足动物

腕足动物的身体外面有两个大小不等的外壳,所有内脏器官都容纳在外壳所包围的腔内,依靠纤毛的摆动从海水中滤食微生物。大多数腕足动物都附着于海底生活。

石燕是腕足动物中的一个类群,因其形如展翅的燕子而得名。在志留纪早期到侏罗纪早期的海洋中,它们是重要的动物类群之一。

海豆芽是腕足动物中的另一个类群,它的两个贝壳就像舌的形状,从舌形贝壳的后方伸出肉质的茎,用来固着在海底洞穴的底部。它们生活时的形态类似于豆芽,故而得名。

海豆芽的化石最早发现于寒武纪的地层中,到奥陶纪时最为繁盛,并一直保留至今,而且今天的海豆芽与亿万年前的样貌仍然非常相似,因此也被古生物学家叫做“活化石”。

棘皮动物

在今天的海洋中,生活着一些全身长满棘刺或突起的动物,我们称之为“棘皮动物”,常见的有海星、海参、海胆和海百合等。这类动物的家族史已经超过了4亿年之久。

海星的体型很像五角星,从中央的体盘向四周发出五个突出的腕。它们的身体扁平,口向下生长,腕上有很多管足,通过管足末端的吸盘吸附在海底而移动身体。

海星最早出现于距今4.4亿多年前的奥陶纪晚期,从那以后便一直在海洋中繁衍生息,延续至今。

海百合的身体分为茎、萼、腕三部分,是有柄的棘皮动物,大多数种类用茎固着在海底生活,远远看去好像植物中的百合花。

海百合最早出现于距今约4.8亿年前的奥陶纪早期,在石炭纪和二叠纪非常繁盛,其种数占了所有棘皮动物的1/3强,直到现在还有700多种生活在海洋中。

软体动物

在古生代和中生代的海洋里,生活着许多像今天的乌贼一样的头足动物,它们是一些古老的软体动物。

之所以称之为“头足动物”,是因为它们头部的那些腕是由足演变而来的。

从化石来看,这些古老的头足动物具有奇特的外壳,有的像牛角,叫做“角石”;有的像菊花,叫做“菊石”。

角石的形态多种多样,有直形的、弓形的、环形的、旋卷形的等,非常漂亮。它们开始出现于寒武纪的晚期,奥陶纪时达到鼎盛,但是到了三叠纪时大部分都已经绝迹了,只留下其中的一类延续到现在,那就是分布在印度洋到太平洋热带海区的鹦鹉螺。

菊石与角石的基本构造相似,但它们可以在海洋中四处游动。它们于奥陶纪开始出现,自泥盆纪到侏罗纪最为繁盛,但是到了白垩纪的末期却灭绝了。它们与恐龙可以说是两个世界的霸主,因为在中生代的陆地上,恐龙是占统治地位的脊椎动物,而在同一时期的海洋里,菊石则是拥有霸权地位的无脊椎动物。

节肢动物

在古生代的海洋中,活跃着一种优美的节肢动物——三叶虫。它们的身体分为头、胸、尾三个部分,每个部分又分成很多节,从胸部长出很多对附肢,可以在海底爬行,也能在水中漂游。它们的背部被两条纵沟分成了左、中、右三叶,真是“虫如其名”啊。

三叶虫的家族其实非常庞大,仅从现在的化石中分辨的话,它们的种数已经超过了一万种。其生活年代差不多穿越了整个古生代(从距今约5.4亿年前至2.5亿年前)。尤其是在寒武纪,它们借助种类和数量的优势,统治着整个海洋世界,以至于人们把寒武纪叫做“三叶虫时代”。但是此后,由于角石类动物的兴起,三叶虫被大量捕杀,这个庞大的家族终于走向了衰败,并于距今2.5亿年前的二叠纪末灭绝了。

早期的鱼

鱼是我们都很熟悉的水生脊椎动物。它们身披鱼鳞,有上下颌,能自由开合,有成对的鳍,能在水中游泳。对于这些特点,哪怕是小学生也能说出一二来。

可是,你知道最早的鱼长什么样子吗?

1999年11月4日,国际著名的科学杂志之一——英国的《自然》杂志发表了一篇由中国学者撰写的,在学术界引起了强烈轰动的研究论文。文章报道了1998年在我国昆明滇池附近的早寒武纪地层中所发现的迄今所知最早的脊椎动物——昆明鱼和海口鱼。原来那时候的鱼既没有颌,也没有鳞,是全身裸露的呢。

脊椎动物虽然在距今5.3亿年前的早寒武纪就已经开始出现,但很长一段时间里,这些全身裸露的原始鱼形动物并未得到发展,古海洋中仍然是无脊椎动物的天下。距今4.4亿年的奥陶纪末期,由于大规模的冰川活动,地球上发生了一次生物大灭绝事件。躲过这场浩劫的古鱼类在志留纪时开始了分化,泥盆纪时达到了演化的鼎盛时期。因此,志留纪和泥盆纪被称为“鱼类时代”。

无颌的甲胄鱼

在4.3亿年前的志留纪,最早分化的是甲胄鱼类。这是一些全身披上“甲胄”的古鱼类。当然,这里所说的“甲胄”,实际上是一种含钙质成分的骨质甲片。

甲胄鱼类属于脊椎动物中最原始的类型——无颌类。它们还没有成对的胸鳍和腹鳍,也没有演化出上下颌,口似吸盘,通常靠滤食海洋中的小型生物或微生物为生,有时候也可以吮食大型动物的尸体,主动捕食能力非常差。体长一般不超过30厘米。

它们发展到距今3.6亿年前的泥盆纪早期达到鼎盛,随后便逐渐衰落,于泥盆纪晚期就灭绝了。

有颌鱼类

在距今约4.3亿年前的志留纪早期,由原始无颌类动物中分化出了有颌脊椎动物,包括盾皮鱼类、棘鱼类、软骨鱼类和硬骨鱼类。上、下颌的出现是生物进化历史上的一次大革命。它提高了鱼类的取食和咀嚼功能,也因此而增强了鱼类的生存竞争能力。

以恐鱼为代表的盾皮鱼类也是一种带盔甲的鱼类,泥盆纪时曾经盛极一时。对于3.6亿年前的古海洋鱼类来说,体长10米的恐鱼简直就是一个“巨无霸”。

它的头和躯干前部都披着厚重的“甲胄”,甲胄的长度可达3米,上下颌非常强壮,凡是被恐鱼捕捉到的其他鱼类,都很难逃脱命丧黄泉的厄运。

盾皮鱼类笨重的“盔甲”虽然可以起到自我保护作用,但却为此而付出了降低灵活性的代价,没能成为水中的游泳健将,主要是在水底生活。

或许也正因为它们的灵活性不够,虽然它们曾经是泥盆纪古海洋的主宰,凶猛无比,但终究是昙花一现,在3.5亿年前的泥盆纪末期,它们与其祖先——甲胄鱼一起,退出了历史的舞台。

棘鱼类是目前所知最早的脊椎动物。它们的特征是在背鳍、臀鳍以及成对的偶鳍(胸鳍和腹鳍)之间具有粗粗的硬棘。它们的个体一般较小,体长很少超过30厘米。早期的棘鱼在近海浅水中游动生活,后来向淡水扩展。

棘鱼类的历史并不长,它们在志留纪早期出现后,经过大约1.7亿年的演化,于二叠纪早期灭绝。

软骨鱼类和硬骨鱼类是有颌类中获得成功的两个大的支系。

软骨鱼类包括各种鲨类和鳐类,中国4.3亿年前的志留纪地层中,曾发现最早的软骨鱼类化石。

硬骨鱼类是今天地球上水域的统治者,现在已经到达了它们演化历史的极盛期。今天生存的脊椎动物大约有5万种,硬骨鱼类中的辐鳍鱼类就占了其中的一半。但在鱼类繁盛的泥盆纪,硬骨鱼类还处于发展的早期阶段。这个时期,辐鳍鱼类的化石相对比较少。而硬骨鱼类中的另一支——肉鳍鱼类倒是获得了迅速的发展,并在3.6亿年前演化出了四足动物。如果光看它们的样子,真是让人难以想象:包括人在内的四足动物,竟然是从这样的肉鳍鱼类祖先演变而来的。