第一只眼：掠食者、演化竞赛与达尔文之惑，视觉的出现与寒武纪生命大爆发

　　本书的讲述异常精彩……作者细致入微地阐述了他的论点，易于理解、令人激动。

　　——《星期日电讯报》

　　寒武纪生命大爆发的解释是古生物学家的圣杯……作者以令人信服的逻辑和清晰的思路展开论点，他对寒武纪之谜的解答既精彩又显而易见。

　　——《每日电讯报》

　　综合光学、艺术史、动物学、地质学和古生物学阐述了令人眼花缭乱的事实……帕克对不同线索的掌控使文字极具吸引力。

　　——《卫报》

　　大约在 5.4 亿年前，地球上就已有单细胞生物存在，那时只有 3 个具备不同外形的动物门类。此后，在仅占生物演化史千分之一的 500 万年间，这 3 个门类的动物突然演化成38 个门类。动物们成为掠食者，同时也成为被掠食的对象，犹如一场大型的生物演化军备竞赛。现今我们熟悉的动物祖先类型，几乎全在一瞬之间出现。这就是著名的“寒武纪生命大爆发” —生命演化*为耀眼的划时代事件。

　　是什么因素引起了寒武纪生命大爆发？自达尔文发表《物种起源》始，寒武纪生命大爆发一直被视为生命演化史上的未解之谜。为了破解这个谜团，众多地质学家、古生物学家和演化学家提出了各式各样的假说，却也接二连三地被推翻。作者试图再度挑战这个连达尔文都感到困惑的难题，他以大胆假设、小心求证的科学精神，全面探究远古化石证据，提出一个既简单又极具说服力的解释：混沌初开，*只眼引入光线，开启了生命大爆发的序幕。

　　安德鲁·帕克，1967 年出生于英国，曾于澳大利亚博物馆从事海洋生物研究，同时取得悉尼麦克里大学博士学位。之后转往英国牛津大学动物学系开展研究工作，并于 1999 年成为英国皇家学会研究员。此外，他也是牛津大学萨默维尔学院的研究员。

　　于翀涵，中国地质大学（北京）海洋学院博士研究生在读。曾实地考察寒武纪澄江动物群，且有幸随中国大洋49航次前往西南印度洋开展科考。学习之余从事科普工作近7年，在中国地质博物馆及中国地质大学（北京）博物馆任志愿讲解员。本书为她的首本科普译作。

　　李晨昊，本硕就读于中国地质大学（北京），地球物理学理学硕士。现就职于中国航天科技某研究所，自然科学爱好者。

第一章 生命大爆发

我们所了解的生命

理解生命的变异

寒武纪生命大爆发简史

“生命演化史”的开篇

今天的伯吉斯采石场

一个世纪的研究

古生物学的金矿

一个价值6400万美元的问题

提出的各种答案

概 览

第二章 化石的虚拟生活

最年轻的化石

老骨头，新学问

活跃的地球

重建古代环境

古生物学：第一门法医科学

生物遗迹化石

为骨骼添上肌肉

当古生物学遇见现代工程学

带着现代化的工具前往寒武纪

第三章 光的注入

在维多利亚时代之前

维多利亚时代的另一项珍品

色 素

演化的插曲

色素的目的

军官的帽子、尺寸和形状之间的关系

结构色

第四章 暮色四合

步入黑夜

深海探秘

洞 穴

第五章 光、时间以及演化

活化石

衍射光栅—物理学的一门学科

一道突然闪烁的绿光

生物发光介形虫

全球视野下的小缺口介形虫演化

天然衍射光栅

澳大利亚的倒挂苍蝇

从声音到光

一切还在继续

第六章 寒武纪的梦幻色彩

菊石—多层反射器与变异

麦塞尔甲虫—原始的多层反应器

伯吉斯页岩——衍射光栅

第七章 视觉如何形成

看不见的世界

看得见的世界

祖先之眼

第八章 杀手本能

关于眼睛的另一件事

刀剑、盾牌和伤疤

燎原的星火

第九章 揭开谜底

我们也应该考虑捕食行为吗

“光开关”理论

我们所知道的生命

为什么是视觉而不是其他感觉

靠近最终答案的思考

第十章 故事结束了吗

结 语

前言

　　面对寒武纪岩层中突然出现的大量生物化石，现在也只能停留在无法解释的阶段……而且这些化石或许还真的可能成为一个有力的证据，用来反驳本书所提出的关于演化的观点。

　　——查尔斯·达尔文，《物种起源》（第六版与最终版，1872年）

　　到目前为止，我们还没有得到一个公认的解释来说明这种进化史上爆发式的异常现象—因为有充分的证据足以推翻所有现在正在争论的理论。如果我们有时间去思考大多数前人的观点，你会发现事实上他们在解释的是另外一个演化事件，而并不是寒武纪生命大爆发，这些我将在本书的第一章进行介绍。这两类演化曾经是同时进行的，所以非常具有迷惑性。简而言之，已经有大量探讨演化事件的书籍，所以我们对于生命大爆发期间所发生的事件已经有了相当清楚的认识，但我们不知道的是，寒武纪大爆发为什么会发生。而其发生的原因，也正是本书所试图解开的谜题。

第一章 生命大爆发

　　寒武纪时期，生命爆发性的演化……是生命演化史上最为神秘的事件之一。

　　——布里格斯、欧文与柯利尔（1994 年）

　　寒武纪生命大爆发……是生命演化史中最为关键的一刻。

　　——古尔德，《无与伦比的生命》（1989 年）

　　为什么在寒武纪会发生辐射演化？我们最为坦诚的答案便是：不知道。

　　——简· 伯格斯特龙（1993年）

　　我们所了解的生命

　　我现在对大学时代关于动物多样性的课程，仍然保留着一个清晰的记忆。那时的我，每周都会打开那本古旧的教科书，在书中的不同章节里去寻找那些由无意义的黑白线条所绘制成的插画。这些插画所描绘的，都是不同地质历史时期存在的各个不同动物种群的代表性生物，而它们往往会和书页上的折痕、墨点还有师兄们那些潦草的笔记混在一起。平心而论，这些插图并不比那些用古老打字机打印出的浓墨铅字更吸引人。它们好似与活着的生物没有任何的联系，甚至也没有人能从中分辨出哪些生物是现存的，哪些生物已经灭绝了。

　　几年之后，当我怀着期待与敬畏的心情潜入了这个世界上最令人惊叹的一片自然水域时，我眼前所看到的一切，却只是犹如乌云般的一团深棕色—我离一只墨鱼实在是太近了！但当墨鱼的墨汁逐渐散去，从四面八方映入眼帘的，却是一个五彩缤纷的水下世界。澳大利亚大堡礁浅水区极其丰富的生命形态瞬间呈现在我的眼前。在完成大学的课程之后，我就这样猝不及防地开启了生命中第二次关于生物多样性探索的旅程。各式各样的珊瑚，包括鹿角状、穹顶状、扇状、脑纹状、管道状等，它们最先站出来向我展示曼妙的身姿。这些珊瑚上的活体部分是仅仅几毫米的珊瑚虫，它们会在夜间伸展开触手进行捕食，外形如同小小的海葵，或是倒着游的水母。然而，正是这些柔软的生物所分泌出的石灰石组成了坚硬的石灰质结构，支撑起了这片著名的绵延1600多千米的大堡礁，这片珊瑚礁面积十分巨大，甚至在月球上都可以被观测到。

　　珊瑚、海葵或者水母的外部形态和生活方式看似有许多不同，但实际上，由于它们身体内部的结构具有相似性，它们都被归属到同一个更高一级的生物分类中—动物门。换句话说，它们身体内部的组织—负责营养处理的工厂和氧气输送的系统—是非常相似的。再回到澳大利亚的大堡礁，这些珊瑚所展示给我们的绚丽色彩，几乎可以包括动物界所有的颜色。于是，我决定开启这一趟充满未知的旅行，去探索这些色彩。大堡礁内的珊瑚骨架被海绵精心地装扮起来，像一处被人精心打理过的花园，各种形状与颜色的海绵与珊瑚交相辉映。海绵体内充满水体的通道也为其他门类的小动物提供了良好的庇护场所。包括与蚯蚓、水蛭等同一门类的钢毛虫（Bristle worm），都常常会成为海绵体内的房客。其中有些种类的钢毛虫有着惊艳的外表，在水中闪烁出梦幻般的色彩，并随着粼粼的波光不停地变换，例如怪模怪样的鳞沙蚕（Sea mouse），就像是一只反射出CD光碟霓虹光晕的刺猬。

　　栉水母（Sea gooseberry）的外形正如它英文名字中包含的水果名称一样，像是一颗闪烁着八段小彩灯的醋栗（Gooseberry）。这种酷似外星生物的家伙有着长满斑点的果冻状身体，因为内部结构与其他生物完全不同，所以它们属于一个独立的动物门—栉水母动物门。海星不仅会在白天显得格外醒目，其中的一些在夜晚也会发出异常迷人的生物荧光，在黑暗中，好似一个个来自外星球的访客。因为具有着相似的内部结构，海星与海胆被归属于同一个门类之中。砗磲（Tridacna）在海水中发出蓝色、绿色和紫色的幽幽荧光。它们与另一种因色彩而声名大噪的生物—蓝环章鱼，同属于软体动物门。当蓝环章鱼进入攻击状态时，它们身上的蓝环就会被用来警告对手—嘿！我身上有毒液！还有一大类鲜为人知的苔藓动物在海中集群而居，这些生物通常具有非常与众不同的外形和色彩，让我联想到地表岩石上随处可见的苔藓或者地衣。许多蠕虫虽然外表有些相似，但从生物分类的角度来看，它们其实种类繁多，并各自归属于不同的门类，比如：“纽虫”“花生蠕虫”“箭虫”“囊舌虫”和“扁形虫”。纽虫（Ribbon），虫如其名，如同柔软的缎带（Ribbon）一般，若不是我仔细看，观察到它们身上有强壮有力的下颚，还真的容易被它柔软温和的外表欺骗了。相较而言，长着一个肥大尾端的花生蠕虫（Peanut worm，星虫动物门）则没有那么危险了。或许它的体形与花生（Peanut）并不那么相像，但棕色的体色却与花生类似。尽管箭虫（Arrowworm）的名字与体态很相符，但囊舌虫（Acorn worm）的名字却不那么形象了（Acorn:橡子）。此外，扁形虫的身体扁平，有一部分扁形虫利用扁扁的身体如波浪般向前游动，通身闪耀着令人惊异的色彩。

　　尽管我们在海中通常找不到昆虫的身影，但节肢动物门的甲壳动物，却在大堡礁中占据着举足轻重的地位，包括蟹类、龙虾类和虾类。另一个因为其陆生生物而广为人知的大门类—脊索动物门，包括那些我们所熟悉的两栖类、爬行类、鸟类以及包括人类在内的哺乳类动物。但是，生活在珊瑚丛之间的鱼类，还有那些我们了解得更少的海鞘以及海蛞蝓等，其实也属于脊索动物，甚至它们还一度被认为是脊索动物门唯一的成员。　

　　在我即将离开这片水域之时，恰巧就在同一个地方，我又撞见了那个朝我喷墨汁的家伙，这一次，它和30多个同伴在一起。它们呈弧形围住了我，触手指着我，眼睛瞪着我。而当我小心翼翼地向它们靠近时，它们便悄然地向后退，始终与我保持着安全距离。同时，我发现，它们身体上的棕色竟然在快速褪去！这些墨鱼身体上的色彩映着水波不停息地变换，棕色和白色伴着身体的扭动一点一点隐去，然后，突然间，一抹极其鲜亮的红色出现在它们的身体上！感知到危险的我只好做出了妥协，开始向后退去。没想到，它们的颜色居然逐步呈现出了平静的绿色。与此同时，不变的是它们那如同镜子一般的眼睛，始终闪烁着迷人的银色光泽。