第3章 人与自然的奥秘(2)
二、动物界的第一次大发展
地球发展到了寒武纪时期（距今约5亿—6亿年），就出现了大量、门类众多的和较高级的动物。寒武纪以前的生命的星火，到这时已成燎原之势。这是地球上动物界的第一次大发展，具有划时代的意义。
从化石来看，在寒武纪初期出现的动物，除脊椎动物外，几乎所有的主要门类都有了。其中最多的是节肢动物中的三叶虫，约占化石保存总数的60％，其次为腕足类动物，约占30％，其他节肢动物、软体动物、蠕虫及古杯海绵等共占10％。
腕足动物是具有一对外壳的海生动物。软体动物中有头足类及腹足类。古杯海绵是固着在海底的一种古老生物，具有多孔的内壁及外壁等较为复杂的结构。蠕虫化石由于不易保存，比较少见。节肢动物除三叶虫外，比较常见的则为甲壳类的古介形虫。
寒武纪动物群中最为突出的是三叶虫。它是世界各地常见的化石。我国为产三叶虫化石最多的国家之一，从新疆到苏、浙，从东北到西南，自寒武纪到二叠纪的地层，都有三叶虫化石发现。目前已正式鉴定和描述过的共计有376个属，1233个种，还将继续有所增加，其中以寒武纪的为最多。
三叶虫的种类繁多，形体大小不一，最大的可长达70厘米，最小的不足1厘米。绝大部分的生活情况是游移于海底，以原生动物、海绵、腔肠动物或这些动物的尸体以及海水中细小植物为食料。三叶虫是比较高级的节肢动物，如在我国寒武纪初期的页岩中经常可以找到的“莱得利基虫”，其躯体各部分结构已经分化得很好，有头部、胸部及尾部。头部结构复杂，有一对眼睛；胸部有十几个胸节；尾部由若干体节互相融合而成。头、胸、尾部都生有多节的附肢。其他如寒武纪中期的“德氏虫”及晚期的“蝙蝠虫”等，结构也都比较复杂。由于演化迅速，在不同的时期出现不同的种，故三叶虫成为对下部古生代地层特别是对寒武纪各期地层进行划分与对比的标准化石。
寒武纪早期的软舌螺化石，产于我国西南各省寒武纪底部的磷矿层中，故这种化石可作为在西南各省寻找磷矿的标志。
正因为是动物界的第一次大发展，所以寒武纪的动物群一方面含有大量的较高级的动物三叶虫，另一方面也还在某些动物方面保留着一定的原始性。例如，这个时代的腕足类动物是以比较原始的具有几丁质外壳的无铰纲为主，软体动物也是细小的、比较原始的类型如上述的“软舌螺”及“似海螺”等。这也说明了在同一时期不同门类的生物发展的速度不等，显示着发展的不平衡性。
生物演化的历程包括许多次飞跃，而每次飞跃就有更高级的生物出现并形成一次大发展，给当时整个的生物群带来崭新的、繁荣的面貌。在寒武纪以后，动物界还继续经历多次大发展，而在寒武纪的大发展，则不过是“春雷第一声”。例如，在奥陶纪突然繁殖的笔石群及大型的头足类直角石和珠角石等，在志留纪大量繁殖的珊瑚及腕足类，泥盆纪大量繁殖的水生脊椎动物鱼类，上部古生代繁盛的、具有纺锤形复杂外壳的原生动物类，中生代的恐龙之类的大型爬行动物以及新生代的哺乳动物，如此等等。所有这些盛极一时的动物，都是经过质变的飞跃而产生并大量繁殖的。它们的出现，使不同时代的动物群具有不同的时代特征。
三、植物界的第一次大发展
地球上的植物，是以最原始的形态先出现在海水（或其他水盆地）中。有漫长的时期陆地上基本上没有植物，几乎到处是重山和荒漠。大地换上绿装，是开始于泥盆纪（距今4亿—3.5亿年前）。
在泥盆纪以前，主要是生长在海水中的原始的水生植物，一类是单细胞、单细胞群体并没有叶绿体的细菌和蓝藻；另一类是单细胞、单细胞群体或多细胞而具有叶绿体的其他藻类。在北京人民大会堂铺地的大理石磨光的面上，有很多一环套一环的美丽花纹，很像是寒武纪以前的钙藻化石的各式各样的剖面。
我们知道比较确切的第一个相当繁盛的陆地植物群，就是泥盆纪植物群。也就是说，地壳发展到了泥盆纪，植物才大量从水中“登陆”，实现了从“水生”到“陆生”的飞跃，而随着这个水陆环境的变革，一些新的陆生植物迅速繁殖，并有原始的裸子植物出现。这是植物界的第一次大发展。
在泥盆纪早期和中期达到繁盛顶峰的植物群，是以裸蕨为代表，称为裸蕨植物群。裸蕨是最原始的陆生植物，这种植物的茎的分化还很不完全，没有叶子，只有枝的分叉，细弱的茎和枝都裸露，故得名。
具有叶子的植物（虽然是微弱的孢子叶），如鳞木植物中的原始鳞木，在泥盆纪中期已经大量出现了。值得我们注意的是在泥盆纪晚期，也开始发展了高达数米的小型乔木或灌木，像种子蕨一类的植物。种子蕨一类的植物化石，是已发现的最古老的裸子植物化石。
到泥盆纪晚期，裸蕨完全灭绝，代之而起的是大型的原始裸子植物，叫做古羊齿。这时很多植物已经是大型乔木，叶子发达，茎干粗壮，如鳞木类的圆痕木就是这时乔木的一种。这时丛林高树，呈现空前的繁荣景象。
对于泥盆纪陆生植物的迅速繁盛，人们往往感到是很突然的，因为在比泥盆纪更古老的地层中，迄今没有找到可以作为泥盆纪植物发展前一阶段的所谓过渡型的化石植物群。根据现有的资料，不仅太古代和元古代只有原始海生菌、藻为比较可靠的植物化石，而下部古生代，从寒武纪一直到志留纪中期的植物化石，也仍然是以海生菌、藻类群为主。
从泥盆纪前的原始海生菌藻植物占统治地位转到泥盆纪陆生植物占统治地位，这种转化，是植物界发展中的一次大飞跃。因而，使植物界的演化在泥盆纪以前的时代与泥盆纪之间，形成一个明显的不连续（间断）。植物界在泥盆纪以前的漫长时期的演化，为某些类型的植物的飞跃发展准备了条件。志留纪与泥盆纪之间的地壳运动，使大陆普遍上升，海水撤退，海面缩小，因而原来为海，特别是为浅海的地区，变为低湿的平原或具有洼地的丘陵地带。这是促使那些本身具有一定条件。能适应这种环境变革的植物从水生转为陆生的外界因素。
泥盆纪陆生植物的迅猛发展，只是植物界的第一次大发展，此后还有多次大发展。而每次大发展包括若干门类中某些植物的质变的飞跃，因而在每次大发展中就有更高级的植物出现。例如，在石炭纪、二叠纪构成茂密森林的鳞木、封印木、芦木、科达树、大羽羊齿等，在中生代特别是在侏罗纪最为繁盛的裸子植物，在第三纪最为繁盛的被子植物等等，都是植物界各次大发展中的产物。它们的繁殖给不同时代的植物群带来不同的特征，因而我们能够利用这些植物化石来鉴别含化石地层的时代。由于这些古植物在一定的地质时代是“成煤植物”。我们可以把这些植物化石当作标志，来寻找各个产煤的地质时代的煤层。
四、古生物工作中涉及进化论的一些主要论点
生物工作者，很清楚不能撇开古生物的调查研究工作，他们借助于古生物学的资料，有力地促进了进化论的形成和发展。
生物界在过去曾受许多和地球本身的历史有关的改变，这种思想首先表现在法国科学工作者标峰（1707—1788）的著作中。按照标峰的意见，在地球上有了生物的时候，生活条件（包括地理和气候条件）的改变必然反映在有机体的结构上，使有机体发生变异。这种见解可以说是进化论的开端。
与标峰同时的瑞典植物学工作者林奈（1707—1778）所倡导的“特创说”，认为万物既经创成，永久不变。林奈在当时声名很大，所谓“特创说”风靡全欧。当时教权仍极强盛，由于受到宗教监察的迫害，标峰在他出版较晚的著作中不得不删掉或修改与宗教相矛盾的部分。
标峰关于物种演变及从简单发展到复杂的见解，为法国著名的自然科学工作者拉马克（1744—1829）所广泛宣传。拉马克是无脊椎动物学的创始人。他在1815年的著作中，将他的生物进化学说总结为4条。
（1）生命以其固有的力，趋向于不断地增大每个生物体的体积，并扩大生物体的各部分，直到它所达到的限度；
（2）动物机体的新器官的产生，是由于增加了使动物不断地感觉到一种新的需要的结果；
（3）器官的发展及其活动的力量，是经常与其运用成正比例；
（4）生物体的组织在个体生活过程中已经获得的。废弃的以及改变的一切性能，是被保存下来并遗传给遭受过这些变化的个体的后代新个体中。
上述4条是互相联系，不可割裂的。第2条曾被称为动物器官根据“欲望”而演变的假说，这显然是把这一条和其他各条割裂而加以歪曲，因为拉马克并没有说动物的欲望直接影响它的形体，而是说变更了的需要引起生活习性的变更，从而导致新器官的形成或原有器官的改变。这可以同第3条即著名的“用进废退”定律联系起来看。按照拉马克的意见，动物的新的“需要”是由外界环境的变化所引起的。环境的变化导致动物活动的新方式，从而引起器官形体的增大或产生其他方式的器官能。反之，动物体其他部分的废而不用，就导致这部分的退化。只有这些有结果的实质的变异才被遗传，这就是上列第4条，即获得性的遗传。拉马克举出了一些实际例证。例如，非洲长颈鹿的祖先，原来是颈子并不长的普通鹿，后来因气候变化，地上的草变少了，不得不经常伸长颈子和前腿来吃树上的嫩叶，这样经过多少世代，颈子和前腿愈来愈长，终于形成长颈鹿。
拉马克虽然受了18世纪形而上学的思想教育，却敢于和当时占绝对统治地位的形而上学观点展开斗争。他反对林奈的“特创说”和居维叶（1769—1832）的“灾变论”，打击了物种不变的观念。
与拉马克同时，以研究动物体内部结构为主的圣希雷尔（1772—1844），他有些见解具有生物进化论的思想因素。例如他认为在同一门范围内动物体结构上的变异，是由于外界环境的直接影响所起的作用。在这一观点上，圣希雷尔是达尔文主义的先驱者之一。但是，他所提出的关于全部动物界具有一个“原来的、统一的结构图案”的说法，却又违反了生物发展观点。
值得提出的是1830年7月圣希雷尔和居维叶这两个法国人之间展开的著名的论战。论战的主题是关于软体动物与脊椎动物的机体结构是否像圣希雷尔所说的为一个“统一的结构图案”问题。统一结构图案的说法，恰恰是圣希雷尔的错误的一面，论战的结果是形而上学者居维叶等人胜利了。但实际上适得其反。由于在论战中一些科学工作者和哲学工作者展开了一般原则性的争论，使进化观念的拥护者澄清了某些错误，找着了更正确的途径来证明他们的观点。因此，这次论战反而有助于以后进化理论的发展。这是居维叶所意料不到的。
在18世纪，瑞典人林奈对生物分类学做了大量工作。但他认为一切生物都是由神所创，各有天赋特征，固定不变。这就是上面已提到的“特创说”。居维叶在研究化石方面颇有建树。由古代生物的遗体或遗迹所形成的化石，本是生物演化的一种有力的实证，而居维叶则终身反对生物进化的理论。但和他的意愿相反，他自己在分类学、比较解剖学和古生物学方面的大量工作成果，却为19世纪后半期唯物主义生物进化学说的确立，提供了有力的根据。
在19世纪中叶，达尔文（1809—1882）一方面承继了标峰。拉马克等前人生物发展学说中的正确论点，并集其大成；一方面通过他自己长期调查研究的创造性的实践，把生物发展的理论提高到更完备的、更成熟的阶段，确立了进化论。
达尔文学说的主要内容可概括为4部分。
（1）变异性与遗传性。肯定了变异性是生物的共同特性；变异的主要原因是生活条件的变化。引起变异的生活条件如果保持下来，这种变异就会遗传给后代，而且会一代一代地加强。这就是“变异累积定律”。
（2）人工选择，获得新品种。人类对那些产生符合人类需要的变异的家畜和作物，连续进行选种，使变异愈来愈显著，因而获得具有显著差别的家畜和作物品种。
（3）自然选择，适者生存。自然界中影响生物进化的要素是和人工选择相类似。在自然条件下，由于生物彼此之间及生物与周围环境条件之间的复杂关系，在较长的时间过程中，那些较不完善的，即对环境的适应性较差的类型，就会逐渐被淘汰；那些较能适应周围条件的类型就会保存并发展。
（4）新种的形成。在自然选择过程中，逐渐发生性状差异的加强和累积，于是在一个种之内形成了各种不同的变种，变种之间的差异进一步加深，就成为各种不同的新种。
达尔文与拉马克的学说，在生物的发展观这个大方向上是一致的，在个别具体论点上还有不尽相同之处。例如，对于变异与遗传的解释，拉马克侧重在生物器官“用进废退”这方面，达尔文则较全面地阐明了自然选择的作用。
值得提出的是，德国动物学工作者赫克尔（1854—1914）所建立的
“重演说”，认为生物个体发育的各个阶段，是将这个生物所属的种族从远古祖先历代演化的一系列状态（历代变化，又称系统发生），在一定程度上重新表演出来。赫克尔指出，个体发展的历史，是种或种族的发展历史的简短重复。各种多细胞动物的个体发育，特别是在幼虫时期，都经历大体相似的阶段，这表明了动物起源的共同性。赫克尔的演说，有力地支持了达尔文的进化论。