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第8章 动物学家的故事(8)

世界上没有天才,天才是用劳动换来的。要攀登生物学的高峰,就要付出艰苦的劳动。童第周能从一个文化基础很差的乡村少年成长为震动欧洲生物学界的著名生物学家,就是因为他有着坚韧不拔的毅力!对理想有着执著的追求!这是成为优秀科学家的基本素质。

黑猩猩的朋友古多尔

在种类繁多的动物中,与人类亲缘关系最近的是黑猩猩。研究野生黑猩猩的行为对于研究人类行为的起源和进化具有重要意义。由于野生黑猩猩生活在非洲茂密的森林中,那里野兽出没,人迹罕至,因此,长期以来,人们对野生黑猩猩的行为了解很少。20世纪60年代,英国姑娘古多尔只身前往非洲森林,经过多年的努力,收集到了许多珍贵的资料,并且与黑猩猩成了好朋友。

古多尔1934年生于英国伦敦。很小的时候,她就对动物就产生了浓厚的兴趣,常常钻进鸡窝去看母鸡是怎样下蛋的。妈妈送她一个很大的玩具黑猩猩,这成了她最好的朋友。她打定主意,长大了一定要和野生动物作朋友。

1957年,著名的古生物学家、人类学家路易斯·利基要招募助手,帮助他通过研究黑猩猩来探求早期人类的行为。利基要求助手可以没受过学术训练,但必须具有超凡的耐心和专注。最后,利基选中了古多尔。

1960年7月14日,古多尔乘着一条小船来到了贡比鸟兽保留区。这个保留区位于坦桑尼亚坦干伊喀湖湖岸,是一片崎岖靠山的原野。在那里,黑猩猩倒是很多,可是,它们见人就跑。古多尔的营地附近有一座小山丘,站在山丘顶部能俯视下面的山谷和森林,可以观察到黑猩猩的行踪。古多尔于是天天到这个山头来观察和记录它们的一举一动。

几个月过去了,害羞的黑猩猩已经熟悉了古多尔。一天,一只雄黑猩猩突然来到她帐篷附近的油棕树上吃果实,这使她非常高兴。于是,她每天上午都坐在帐篷外,等待这只雄黑猩猩的光临,并给它起了个名字——大卫。有一次,大卫飞快地下了树,并且不慌不忙地向她走来。当走到离她还有三步远时,它站住了,毛发耸立起来,样子凶暴可怕。突然,它朝前扑来,从古多尔面前的桌上抓起香蕉,然后慌忙跑向一边,这时它的毛发逐渐松垂,并且安静地吃起香蕉来。此后,古多尔一见到大卫就拿出香蕉,大卫对古多尔不像以前那样惧怕了。后来,大卫又把另一只雄黑猩猩领到古多尔的帐篷附近,古多尔给这只黑猩猩取名戈利亚。就这样,古多尔终于能够对好几只黑猩猩进行系统的观察了。

通过与黑猩猩交朋友,古多尔研究了它们的族群和社会交往行为。她找到了黑猩猩创造和使用工具的证据:黑猩猩会利用树枝伸进地里的洞穴去吃白蚁。过去世人一直认为黑猩猩是素食主义者,但古多尔发现,它们跟人类一样是可怕的肉食者,黑猩猩们不但一起去猎杀小羚羊、猴子和南非野猪,而且还分着把它们吃掉。另外,古多尔还惊奇的发现,黑猩猩之间不但有着深厚的关爱与同情心,而且也有着与原始的人类战争形式极其相似的敌对行为和争夺领地的行为。

1971年,古多尔出版了记述丛林科研生活的《黑猩猩在召唤》一书,生物学界由此认识了这位仅有高中学历的姑娘。如今,贡比鸟兽保留区已经成了坦桑尼亚国家公园,古多尔已经在那里进行了40多年的研究。她的研究成果为她赢得了“行为科学中的爱因斯坦”的美誉。

人们的创造活动无论是属于发现还是发明,都有赖于对客观世界的精细观察,但客观世界纷繁复杂,如果没有思考就不能认识事物的本质和它的规律性。古多尔正是通过认真的观察和思考,从一个未曾受过大学教育的年轻人成长为了世界著名的动物行为学家。

动物界重大发明、发现

动物分类学的发展

分类是生物学家为了更好的研究生物之间的彼此关系而建立的一个系统。类似的物种可归并成一属,类似的属可归并为一科,类似的科可归并为一目,类似的目可归并为一纲,类似的纲可归并为一门,类似的门最终归并为一界。这样,就形成了界、门、纲、目、科、属等单元组成的完整的分类系统。

生物分类有着悠久的历史,人类从认识物种起,就已经开始试图根据生物的特征为其取名,以示区分。最早,人们是按照对分原则将动物划分为互成对比的两类,如陆上动物和水居动物,有翅动物和无翅动物等,这种方法虽然原始,却为分类方法提供了有效的出发点。此后,亚里士多德以有没有红色的血液为标准,把动物分成了有血液动物和无血液动物两大类。根据生殖方式的不同,亚里士多德还把动物分布在由低等到高等动物组成的“生物阶梯”上,哺乳类处于阶梯顶端,往下是鸟类、爬行动物,再低等是青蛙、鱼,最低等的是虱子、跳蚤等。亚里士多德最早注意到要按生物的亲缘关系来建立分类系统,而且他的生物阶梯观点体现了生物进化论的萌芽,因此,亚里士多德常被人们称为系统分类学的先驱。

近代生物分类学是从16世纪中期兴起的,在此后持续一个半世纪的发展之中,生物学家们不但积累了丰富的物种资料,而且还由于不同的宗教背景的影响,初步形成了两种截然不同的分类法:人为分类法与自然分类法。

持人为分类法观点的生物学家认为,生物的生殖器官是机体的灵魂,而这种生殖灵魂,对植物来说,则表现为果和根:靠果繁殖,靠根生长。因此,在植物分类中,人为分类法以果和根的形态特征作为分类的主要标准,初步建立起了近代的第一个生物分类的人为系统。此后过了70余年,意大利的另外一些生物学家把人为分类法广泛地运用到包括动物在内的所有生物物种的分类上,从而建立起自然分类法。自然分类法认为,动物呼吸器官的完善程度是生物呈等级序列的主要标准。于是,他们以生物呼吸器官的形态特征为主要依据,将所有生物按植物、昆虫、鱼类、高等动物、人这种等级序列进行了统一的分类。

18世纪初,植物有性繁殖的发现,使人为分类法在当时取得了明显的理论优势。所以,在当时人为分类法远比自然分类法更为生物学家所接受,并终于产生了林奈的人为分类系统。

“上帝创造了世界,林奈对世界进行了整理分类”。这是当时的人们对被称为“植物学之父”的瑞典博物学家林奈的赞誉。林奈创立的“双名法”规定每一个动物都应有一个学名,而这个学名由该动物所在属名和该动物的种本名组成。由于林奈最终完成的双名制命名法直接奠定了近代生物分类学的基础,因此他还被公认为是生物“分类学之父”。

在动物分类标志的确定上,林奈以动物的心脏、呼吸器官、生殖器官、感觉器官和皮肤特征等多种性状为分类的综合标志,将动物分为6大纲:胎生的哺乳纲、卵生的鸟纲、用肺呼吸的两栖纲、用鳃呼吸的鱼纲、有触角的昆虫纲和有触手的蠕虫纲。

在分别确定植物和动物的分类标志之后,分类中所面临的另一重要问题,是如何确定分类的等级序列。林奈后来建立起了纲、目、属、种这样由4级分类概念所构成的等级序列。林奈把动物划分为6纲;纲下再分目;目下再分属;属下再分种。这样,林奈就建立起了一个由纲、目、属、种4级分类序列构成的人为分类系统。这种分类系统基本上呈现了现代分类系统的框架。

如今,动物分类学已经成为动物学的一个分支学科。它主要研究动物的种类、种类之间的亲缘关系、动物界起源和演化等。就像我们知道了国家、省、市、区和街道名,就可以很方便地找到收信人一样,知道了一种动物的门、纲、目、科、属,就可以确定它的分类地位,也就能知道它和其他种动物在进化上的关系,比如常见的马、牛、驴和猪四种动物,虽然都是哺乳动物,属哺乳纲,但马、驴同属奇蹄目、马科,而牛和猪属于偶蹄目,牛属于牛科,猪属于猪科。所以我们从中可以知道,在进化上,马和驴的亲缘关系要比牛和猪的亲缘关系更近一些。

20世纪生物学进入分子生物学水平,科学家采用比较生物体内染色体及染色体上排列的基因顺序的异同,来进行生物分类,这样使生物分类更准确,更科学。这项工作目前仍在进行当中,相信不久的将来,一种更先进的生物分类方法将被研究出来。

扑朔迷离的“寒武大爆发”

我们知道,地球已经有46亿年的历史,在地球诞生后的40亿年时间里,地球上的生命,包括植物和动物,几乎没留下任何实质性的痕迹。然而,在寒武纪时期,地球上却突然涌现出了各种各样的动物,这就是至今仍被国际学术界列为“十大科学难题”之一的“寒武大爆发”。

“寒武纪”是地质史上的一个年代,因英国的一座小山而得名,时间大约是54亿~51亿年前。过去,寒武纪通常被称为“三叶虫的时代”,因为在寒武纪地层中保存有大量的三叶虫化石,人们因此认为当时世界上的物种种类很少,还没有出现软躯体动物。

1909年8月,美国地质调查所所长维尔卡特带领全家到加拿大落基山脉的布尔吉斯山去野外地质旅行。回程的路上,一块石头绊倒了他夫人的坐骑,维尔卡特捡起这块作怪的石头,奇迹出现了,一块保存有软体动物的化石显现在维尔卡特面前。后来,经过大规模的发掘、采集后,布尔吉斯动物群震惊了科学界。因为它使科学家第一次清楚地认识到:在寒武纪海洋中具有骨骼化的动物仅仅占少数,绝大多数是不易保存的软躯体动物门类。这一发现纠正了人们对寒武纪仅存有三叶虫等少数硬体动物的错误认识。

1947年,在澳大利亚南部的埃迪卡拉地区,人们发现了一些圆形的像水母样的印痕化石。在后来对埃迪卡拉地区重新进行深入细致的研究中,采集到几千块化石,有的是圆形的压印,同现代水母相似;有的是柄状的印痕,与现代的海鳃相似,也是一种腔肠动物;有的像细长的蠕虫那样的印痕,有一个像马蹄形的头和约40个完全相同的体节所组成,与现代的环节动物相似。尽管它们的形态、结构都很原始,但埃迪卡拉动物群的发现被认为是20世纪古生物学最重大的发现之一。这一发现使科学界摈弃了长期以来认为在寒武纪之前不可能出现后生动物化石的传统观念。所谓后生动物即是指相对于原生动物的各种多细胞动物。

寒武纪大爆发从开始到结束大约只经历了数百多万年的时间,与地球上出现生命的历史比起来只是非常短暂的一瞬间。为什么在这“一瞬间”,突然出现了如此众多而丰富的生物呢?通过研究丰富的化石信息,科学家们为揭示“寒武纪大爆发”的谜团提出了种种假说。有的科学家认为,含氧量的增高可能是导致大爆发的重要因素之一。另有一些科学家认为,小型食草性动物的出现,才是大爆发的主要诱导因素。它们以别的细胞为食,有了掠食者,便有更多的生产者,以及更多的掠食者便演化出来。还有一些科学家认为这一现象是由于地球的臭氧层被破坏,大量宇宙射线直射,引起了基因突变而发生的。

寒武纪大爆发的原因到目前还没有一个清晰、证据确凿、令人信服的解释,科学家们也在继续致力于实地考察和研究,以求早日完全解开这一科学难题的谜底。

1984年,我国科学家在云南澄江县帽天山首先发现了距今约57亿年的化石群,它是目前世界上最古老、保存最为完整的带壳后生动物群,其成员甚至还包括低等脊索动物。云南澄江动物群的发现,再次证实了“寒武纪生命大爆发”的存在。

大名鼎鼎的三叶虫

300多年前的明朝崇祯年间,有人在山东泰安大汶口发现了一种包埋在石头里的“怪物”,其外形容貌颇似蝙蝠展翅,于是他就为之命名为“蝙蝠石”。到了20世纪20年代,我国的古生物学家对“蝙蝠石”进行了科学研究,终于弄清楚这原来是一种名为三叶虫的化石。

在距今5亿多年以前的寒武纪时期,陆地上是一片荒凉,没有动物,没有森林,甚至连一根草都没有,到处是光秃秃的岩石。虽然陆地上毫无生气,但海洋里已经生气勃勃了!海水里充满了海藻以及千千万万的动物,其中主要是无脊椎动物。因此,早期古生代被称为“海生无脊椎动物的时代”。这时,统治海洋的是一种样子像虾的原始节肢动物,它的身体分为头部、胸部和尾部三个部分;背面的甲壳坚硬,正中突起,两肋低平,也形成纵列的三部分,按照其形状特点,后来的人类给它起了一个恰如其分的名称——“三叶虫”。常见的三叶虫一般长度都在3~10厘米,宽度在1~3厘米,超过20厘米的就算大型的了。别看三叶虫体形不大,但却是5亿年前所有动物中最发达的。在漫长的时间长河中,它们繁衍出了众多的类群和巨大的数量,总计有1500多个属,1万多个种。三叶虫的背壳成分为磷酸钙和碳酸钙,质地坚硬,容易被保存成为化石,所以至今为止,世界上每年还有新的三叶虫物种被发现。

在寒武纪早期,三叶虫的种类数量就很丰富,因此古生物学家和生物学家都认为三叶虫的远祖早在寒武纪前就已存在,并在前寒武纪后期分化出了许多支系。

通过对三叶虫化石进行研究,专家们认为:寒武纪时期的三叶虫经常与海百合、珊瑚、腕足动物、头足动物等一起生活;从三叶虫的体形上判断,它适于爬行,是海底生活的动物,它以原生动物、海绵、腔肠、腕足等动物的尸体,或海藻及其他细小的植物为食;三叶虫在进化的后期,由于海中出现了大量肉食动物,如鹦鹉螺、原始鱼类等,它们直接威胁了三叶虫的生存,三叶虫由此发展了卷曲能力,它们的头部和尾部可以完全紧接在一起,仅将背部的硬壳暴露在外。正因为三叶虫拥有顽强的生命力并占据了不同的生态空间,所以寒武纪的海洋成了三叶虫的世界。在此后的奥陶纪,古老的三叶虫种类绝灭了,新的种类兴起成为第二个繁盛期,再往后,由于肉食性动物大量繁盛,在地球上生存了3亿多年的三叶虫急剧衰退最终灭绝了。

三叶虫演化的种类多,分布海域广,个体数量大,各属、目之间界线清楚并随年代依次出现,因此成为了寒武纪时期全球性可对比的标准化石。我国是世界上产三叶虫最丰富的国家之一,研究时间早、程度深,仅寒武纪就划分出29个三叶虫生长带,为亚洲提供了标准地层剖面,并为世界性的生物地理区划分提供了重要的依据。

三叶虫灭绝前,有一种三叶虫进化成了水蝎。它长着强有力的螯,能捕捉别的水生动物。可水蝎后来也跟它们的祖先三叶虫一样灭绝了。如今地球上还生活着水蝎的后代,如蝎子、蜘蛛、虱子和马蹄蟹等。它们直到现在还极像它们的祖先,生活方式也几乎一样。

古代类人猿的后裔

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