方舟子：生物大滅絕為什麼反覆發生

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自生命起源到現在的數十億年間，地球上大約出現過數十億個物種，而現存的物種只有大約數百萬個，也就是說，地球上曾經出現過的物種，99%以上都已滅絕。沒有一個物種能夠永世長存，現存的物種以後也會一個一個地滅絕。物種滅絕是一個一直在發生的過程，大部分(約佔三分之二)的滅絕是由於不同物種之間的競爭、環境的變化等進化因素，分散地發生的，這被稱為背景滅絕。但是剩下的三分之一的滅絕，卻是集中發生的，在比較短的時間內，仿佛禍從天降，許多物種一起滅絕，這被稱為大滅絕。

　　物種大滅絕讓地層中的化石分佈出現了斷層，某類群的化石完全消失了，而被新的化石類群所取代。地質學家根據古生物化石類群的更替現象來劃分地質年代，把地質年代劃分為古生代、中生代和新生代三個時期，每代之下再分為幾個紀。

　　古生物化石的更替現象在代與代更替時表現得最明顯。從古生代的最後一個紀(二疊紀)到中生代的第一個紀(三疊紀)，化石分布存在著最顯著的跳躍，表明發生了生物史上最大的一次滅絕：在古生代大量存在的三葉蟲到了二疊紀末期(約2億2500萬年前)再也找不到，而且96%的海洋生物物種也都滅絕了。從中生代的最後一個紀(白堊紀)到新生代的第一個紀(第三紀)的化石分佈變化也非常明顯，這一次的物種大滅絕規模雖然比不上三疊紀大滅絕，卻最為著名：在中生代盛極一時，曾經主宰大地兩億年的恐龍，到了白堊紀後期(約6500萬年前)完全不見了，同時滅絕的還有大約70%的海洋生物物種。

　　生物史上的大滅絕並非只有這麼兩次。上個世紀80年代末的一項研究表明，生物大滅絕在歷史上共發生過大約23次，大約每2600萬年發生一次，似乎具有周期性。對於物種大滅絕的發生是否真的如此頻繁和有規律，還有爭議。但即便是最保守的估計，也認為至少有5次物種大滅絕是非常明顯的。物種大滅絕即使不是有規律的周期性現象，也是反覆發生過的。那麼它為什麼會反覆地發生？

　　恐龍的滅絕最為著名，研究它的人也最多，形形色色的「恐龍滅絕理論」不斷地被提出。氣候變化、火山噴發是經常被提到的因素。有的恐龍滅絕理論比較有創意，比如說哺乳動物把恐龍蛋吃光了。有的理論則到了荒謬的地步，比如說恐龍是集體自殺的，是被外星人吃光的等等。

　　終於，有一個恐龍滅絕理論得到了大多數人的認同。1980年，曾獲諾貝爾物理學獎的路易斯‧阿爾法雷茲等人提出，恐龍滅絕是由於一顆小行星撞擊地球引起的。這樣的撞擊爆發出巨大的能量，相當於幾十萬顆原子彈在地球上同時爆炸，足以引起物種的大滅絕。這聽上去有點匪夷所思，但是並非空口無憑。阿爾法雷茲等人發現處於白堊紀和三疊紀邊界的巖層含有高濃度的稀土元素。稀土元素在地球巖層中雖然稀少，在隕石中卻含量很高，因此這種異常現象表明在白堊紀後期，曾經有一顆大隕石跟地球相撞。1990年，在墨西哥的尤卡坦半島發現了一個直徑長達180公里的隕石坑，被認為就是那次撞擊留下的。

　　現在已很少有科學家懷疑，在6500萬年前曾經發生過一次驚天動地的隕石大碰撞。但是，在那個時間段發生過隕石大碰撞不等於就是它引起了物種大滅絕。在其他地質時期也有曾經發生過隕石大碰撞的跡象，但是當時的化石分佈卻無任何異常。不少科學家仍然堅持認為火山頻繁爆發、氣候變化或哺乳動物的興起才是恐龍滅絕的主要因素。其他的幾次大滅絕，我們連發生過隕石碰撞的跡象都難以找到。物種大滅絕是不是還有別的更普遍的因素？

　　如果我們能夠統計各個地質時期物種滅絕的規模，說不定能從中發現什麼規律。但是一個物種的化石數量往往非常稀少，對它們進行統計容易造成誤差，如果統計屬(相似的物種組成一個屬)或科(相似的屬組成一個科)的滅絕情況，就要準確得多。這是個極為繁瑣的工作。芝加哥大學古生物學家塞普科斯基在圖書館泡了10年，統計化石數量最為豐富的海洋無脊椎動物各個屬、科產生和滅絕的時間。這項工作在1993年完成後，又激發了其他人去統計其他類群的古生物的情況。

　　把這些數據匯合在一起，計算各個地質時期滅絕的科的數量，不出所料，通常滅絕的規模不大，但是時不時的，會出現滅絕的高峰，最高的5個峰，對應著最大的5次滅絕。這樣的結果似乎沒有什麼新穎之處。但是在1998年，有兩位物理學家換了個角度分析塞普科斯基的數據，統計滅絕規模的分佈情況，有了出乎意料的發現：滅絕規模每增加一倍，發生的幾率就減少為四分之一。

　　這表明生物滅絕和地震、森林大火、沙堆坍塌一樣，發生的頻率也遵循冪律。當我們見到大事件時，總是習慣於認定它必然是由某種特殊的原因引起的。但是我們以前介紹過，冪律表明，大事件的發生因素與小事件的發生因素相同，它們的出現純屬偶然，是處於臨界狀態的系統發生連鎖反應的結果，並沒有特別的「大」因素(參見《野火燒不盡》，本版2009年9月9日)。

　　當我們挖空心思要為物種大滅絕尋找特別的原因時，是否也誤入歧途？也許，全球生態系統和地殼、森林、沙堆一樣也處於臨界狀態，物種大滅絕和背景滅絕的發生因素並無不同，乃是普通的進化過程中一個罕見的，但是自然而然地發生的結果。