地球上的生命从无到有,从少到多,从简单到复杂经历了极其漫长的岁月。过程的细节虽然还有许多不得而知,过程的脉络和大致的轮廓却已然由科学家们勾画了出来,形成了一幅充满活力的历史长卷,也留下了不少待解之谜。生命物种数量的巨大波动就是其中之一。
物种的灭绝似乎是生命演化的正常状态,然而物种灭绝的方式却呈现两种截然不同的模式,一种是平缓的背景灭绝,一种是激烈的集群灭绝。
在地球上生命存在的38亿年间,生命的发展在大多数情况下是平稳的、逐渐的,一般每年每百万个物种中只有一个物种自行消失,这是正常的背景灭绝。但这种相对平稳的结构会不时地被打破,在一些地质时期,有许多生物物种近乎同时灭绝,这是反常的集群灭绝。
在地球史上从6亿年前的古生代至今超大规模的物种绝灭已经发生5次:4.4亿年前奥陶纪和3.65亿年前的泥盆纪分别消灭了大约80%~85%的物种;2.5亿年前的二叠纪至少有90%的物种灭绝;2.1亿年前的三叠纪和6500万年前的白垩纪,则分别有大约70%~75%的物种消失。当然,还有更多的规模小一些的灭绝,如,3500万年前放射虫单细胞群的灭绝,以及500万年前食草动物的灭绝……
正常的平缓的进化过程中穿插着反常的巨大灾变和林林总总规模不等的中小型灾变,生物灭绝图景的这种奇异特征需要解读,人们希望了解究竟是什么原因导致了背景灭绝与集群灭绝的更替。
最先想到的是要追究导致灾难发生的原因。人们从残存的化石遗迹中寻找线索:有人认为洪水以及巨型火山喷发而最终导致陆地动物的大灭绝;有人认为由于大气层稀薄进而致使氧气流逝,最终使得大量生物灭绝;也有人认为小行星或者彗星的撞击导致灾难的发生。其中对6500万年前著名的恐龙灭绝事件原因的探索已基本上达成了共识:一颗直径为10公里左右的小行星撞击了地球引发了这场大灾难。
所以,一种解读就是将背景灭绝与集群灭绝归结为完全不同的过程:背景灭绝是达尔文式的生物进化过程,适者生存,不适者消失;集群灭绝则是外部环境的巨大扰动所造成的严重后果,幸者生存,不幸者灭绝。于是,便出现了背景灭绝与集群灭绝的更替。
然而,依旧有一些现象令人费解,比如说,为什么并非所有的天外来客撞击都对应着相应规模的生物灭绝?
于是,也有科学家希望从生态系统的内部寻找生命大灭绝的原因,他们以自组织临界理论为依据,认为很可能是生态系统内部的非线性在起作用,最终导致了各种规模的集群灭绝。
生态系统是个缓慢驱动的、相互作用占主导地位的复杂系统,系统中的每个物种都与其它物种有着千丝万缕的联系,它们或者以对方为食物,或者与对方为领地而竞争,或者同对方合作共生。这些物种间的相互作用导致每个物种的生存演化都不仅仅只是它自己的事情,一个物种生存状态的变化必然会改变其它物种的生存条件,从而对整个生态系统产生影响。
在自组织临界理论看来,生态系统自组织到临界状态是一个很自然的过程。不需要外在的干预就能自发产生。那一刻,它就处在混沌的边缘,处于一种特殊的敏感状态,微小的局部变化所引发的变数是非常多的:可能微小的扰动会被放大并扩延至整个系统,导致物种的大规模灭绝;也可能微小的扰动会被局部放大,导致中小规模的物种灭绝;更可能微小的扰动没有放大,只有零星物种消失了。这里我们看到的是,大规模集群灭绝与个别物种消失的背景灭绝有着相同的起因,都是生命进化过程中由自组织临界性的机制所导致的正常事件。这是对于生物灭绝图景的另一种解读。
这种解读没有把集群灭绝当作特例,而是把它们作为符合普遍规则的一员,揭示了不同规模集群灭绝事件出现的规律。一个相关的数学模型得出的结论是:每当灭绝的规模扩大一倍,它发生的机率就减到四分之一。令人难以置信的是,这正好也是化石所记录的真实发生了的物种灭绝的规律。
显然,在第一种解读中,生态系统之外的因素是灾难的原因,各种规模的集群灭绝是各种意外事件的后果,身临其境的生命是无辜的、无助的,只有逆来顺受。而在第二种解读中,生态系统内部的正常运动却成为灾难的原因,正是生命本身以某种方式变成了自己的宿敌。
随着科学的发展,对生物灭绝图景的结论性描述有可能从这两种解读中确立一种,也有可能出现更多的版本。无论如何,生物物种集群灭绝事件多发的事实都在提醒我们,生命是脆弱的,生态系统是复杂的,人类的活动极有可能置生态系统于危险之中。
今天,人类对自然毫无节制的索取,已经导致自然环境不断恶化,并威胁着其他物种的生存。19世纪以来物种灭绝率已高出背景灭绝率大约100倍,而进入21世纪后,灭绝速率不但没有趋缓反而逼近1000倍,生命也许真的正在经历第六次物种大灭绝。对此,我们应当有所自省,有所行动,生态文明建设已经刻不容缓。否则,谁又能保证覆巢之下人类能够幸免。