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第一隻眼的誕生:透視寒武紀大爆發的祕密

In the Blink of an Eye : How Vision Sparked The Big Bang Of Evolution

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內容簡介

這個演化史上最離奇的謎,讓達爾文苦惱了一輩子……
為什麼會發生寒武紀大爆發?

  ◎亞馬遜讀者四顆星推薦
  ◎程延年專文導讀推薦(國立自然科學博物館 古生物學資深研究員)
  ◎生物演化史上最大的謎團,終於被解開!

  早在五億四千四百萬年前,單細胞生物就已在地球上出沒,當時的動物物種只有三個動物門。而在短短的五百萬年後(這段時期僅佔生物演化史的千分之一),這三個動物門的物種突然演化成三十八個動物門,幾乎現今所有動物的祖先,全在一瞬間蜂擁而出!這個物種快速暴增的現象發生在寒武紀初期,稱為寒武紀大爆發,是演化史上的畫時代事件。

  可是問題來了,究竟是什麼原因導致寒武紀大爆發?為了解開謎團,眾多地質學家、古生物學家和演化學家使出渾身解數,提出各式各樣的假說,卻接二連三地被推翻。如今,本書作者派克再度挑戰這個連達爾文也感到困惑的千古難題,他以大膽假設、小心求證的精神,全面檢查遠古化石證據,終於提出一個簡單又極具說服力的解答:

  當三葉蟲睜開地球上第一隻眼,世界開始劇烈轉變。
  啟動演化的關鍵,竟然就是光線!

  派克的「光開關」理論,順利解答寒武紀大爆發之謎,其重要內容包括:

.光線啟動物種大爆發?
  對生存在地球上的動物而言,光是最強而有力的刺激。我們現在所看見的世界,其實就是動物適應光線的結果:雄天堂鳥用豔麗的羽毛吸引雌鳥注意、獨角魚以鮮黃體色警告其他動物、胡椒蛾的淺灰色翅膀偽裝成銀色樺樹皮……,不管是鮮豔的警戒色,還是不顯眼的保護色,都是因為光線而演化。

.地球上第一隻眼睛的誕生
  光線難道就是啟動物種大爆發的開關?要成為演化的開關,光線還需要相對應的接收器——眼睛。這個完美又複雜的器官,究竟何時演化出來?五億四千三百萬年前,地球上出現了很多種有眼睛的三葉蟲,但在此之前卻不曾有過三葉蟲的蹤跡。這個現象暗示著:地球上的第一隻眼睛,就在此刻誕生。

.對抗「看得見」的掠食者
  當第一隻有眼睛的三葉蟲睜開眼,牠看見海底世界交織著光與影,牠能輕易辨識周圍的其他動物;因為擁有視覺,牠成為最敏捷的獵人,開創了新的生存法則:唯有躲過牠的攻擊,才能夠活下去。突然間,所有動物開始改變,為了抵抗掠食者的襲擊,牠們不約而同發展出堅硬的外殼,演化終於爆發!

  透過三葉蟲的眼睛,我們看見寒武紀大爆發的真相。派克抽絲剝繭的解謎過程,彷彿令人興奮的偵探小說,讓人忍不住追隨他的腳步,一步步揭開生命演化的謎底。

作者簡介

派克 Andrew Parker

  於一九六七年出生於英國,曾於澳洲博物館從事海洋生物研究,也同時取得雪梨麥克里大學博士學位。之後派克轉往英國牛津大學動物學系進行研究工作,並於一九九九年成為英國皇家學會的研究員。此外,他也是牛津大學薩默維爾學院、歐尼斯特庫克學會的研究員,以及澳洲博物館和雪梨大學的助研究員。

  派克早期以種子蝦為研究主題,意外踏進古典光學的領域。在接受動物結構色相關課題的訓練後,他從一個門外漢變成光學專家,並以他的專長解答寒武紀大爆發之謎,架構出「眼睛驅動了寒武紀大爆發」的精采論述,泰晤士報因此形容他是:「舉世最重要的三個青年科學家之一」。派克曾發表無數篇科學論文,範疇廣及自然界的光學、仿生學和演化學等。本書則是他的第一本科普著作。

譯者簡介

陳美君

  台灣大學醫學院護理學系、中原大學心理學研究所畢業,曾任彰化基督教醫院護理師,並領有臨床心理師執照。畢業後轉入出版界,曾任中國行為科學社研究員、五南出版社副總編輯,現專事翻譯。主要譯作有《走出社交焦慮的陰影》(商周)、《健康心理學─行為與健康入門》(心理)、《零負擔戒菸法》(商周)、《科學狂想實驗室》(商周)、《心身醫學:基礎照顧手冊》(五南)、《瞭解學習障礙與失智症》(五南)等二十餘本書。

 

目錄

推薦序 眨眼一瞬間:視覺如何點燃生命演化的大霹靂? 程延年
前言
第一章 演化大霹靂
第二章 化石的虛擬生命
第三章 注入光源
第四章 當黑暗降臨
第五章 光、時間與演化
第六章 寒武紀時代的色彩?
第七章 形成視覺
第八章 殺手的本能
第九章 謎底揭曉
第十章 故事結束了嗎?

 

推薦序
眨眼一瞬間:視覺如何點燃生命演化的大霹靂?
程延年

  當代北美科普作家寵兒卡爾.齊默在二○○一年出版專著《演化:一個思維之凱旋》,封面二十二隻動物的眼睛,凝視著捧讀的眾家,令人震懾、動容!接續在達爾文兩百周年誕辰,最新(二○一○年)又發表了巨著《糾纏紛擾的岸邊─演化簡史》,風格依舊,文采益加洗練。貓頭鷹書房在二○○四年,中文譯書《當三葉蟲統治世界》,邀我推薦寫序。其中一段文字:「……三葉蟲建構起最初始、明亮、複雜的眸子,見證演化的漫長之路。它所呈現的透鏡體複眼構造,是當今第一流光學工程師百思不解的鬼斧神工!」。這項困惑,至今似乎隱然透露出黎明前的一抹曙光。果真如此嗎?

一場大戲、一個關鍵事件、五本書、兩種思維:

  寒武紀大爆發「事件」,是當代演化生物學家各個門派為之奮戰不已的世紀之謎。突然之間,多細胞動物的化石紀錄,浮現在寒武紀岩層的基底,喚起了「大爆發」的隱喻。一九八九年,北美洲古生物學首席古爾德教授發表了《奇妙的生命》一書,引領一股風騷,也掀起一場風暴。這是繼一九八五年,惠汀頓撰寫《伯吉斯頁岩》之後,第一本科普經典之作!一九九八年,英國古生物學巨擘康威摩里斯,出版了《創生之嚴酷考驗》駁斥古爾德「偶發事件」(contingency)的關鍵詞彙與概念,代之以「趨同演化」(convergency) 的另類哲理與思維。這也是他繼之(二○○三年)發表《生之道:孤獨宇宙中無可避免的智人》一書的核心旨義!二○○四年,中國科學院的陳均遠教授發表了三百六十六頁的巨著《動物世界的黎明》,根據發掘於雲南澄江生物群的化石紀錄,結合了古生物學、分子生物學、遺傳發育學等領域,提出了綜合性的思維,發人深省!

  一場演化大戲、一個距今五億四千多萬年前的關鍵事件、五本巨著,護持著兩種布陳在光譜兩極的哲學思維。寒武紀大爆發,到底是一連串偶發事件的意外結局?還是臣服於自然律法制約下、趨同演化的必然結局?針鋒相對、振聾啟瞶,讓人深深著迷!

浮光掠影、眨眼一瞬間!

  派克這位來自澳洲雪梨的海洋生物學後起之秀,進駐大英牛津學府的殿堂,他以初生之犢不畏虎的姿態宣稱「解開了寒武紀大爆發之謎的最後一塊拼片」!我們懷著存疑的科學精神,遊走在他書中博徵旁引、遊刃有餘的壯闊視野之境,還真是令人心曠神怡、嘖嘖稱奇。

  全書除阹前言,布陳十章。關鍵提問:到底是什麼原因點燃了寒武紀的導火線與生命演化的引信?針對於What?科學家歷經一個多世紀探索,知之甚詳;而針對於Why?與How?卻是人言言殊,困惑不已。第一章開宗明義,點明演化的大霹靂事件,即懸疑一個半世紀的寒武紀初始、伯吉斯頁岩層中的化石紀錄之謎!第二章深入檢視了化石紀錄的實存世界─—化石不語,卻見證了億萬年生命與時推移的點點滴滴,串聯起生命大戲的劇碼。第三章戲劇性的引入了「光源」,萬物有了光照而活起來;有了光才有了繽紛的色彩。有趣的詮釋了造色系統的晦暗面相。第四章引介另一個世界,當夜幕低垂,黑暗世界的生趣,以及恆久暗無天日的生境。第五章進而藉由兩類「種子蝦」對照,詮釋光源、時間之輪與演化的微妙關係。

  第六章開始溯源探索,隱身在地質亙古歷史中的色彩世界:從菊石到梅索的甲蟲,到伯吉斯的微瓦霞蟲。作者大膽重建起寒武紀中繽紛色彩的世界形象。第七章巧妙的推移:有了光,有了色彩;看到光,看到色彩。將光、眼睛與視覺連結起來,聚焦在「眼睛」這一個複雜而神祕器官的啟始。第八章巧妙的將眼睛之為物,與掠食行為串聯起來,一個殺手的本質躍然紙上。推斷寒武紀開啟了主動掠食行為的假說。第九章鋪陳完備,作者提出了他大膽、原創、引人深思的「光開關理論」─—所稱解碼寒武紀大爆發事件最後一塊拼片!眼睛帶來了嶄新的契機!最終的篇章喃喃述說故事終結了嗎?誘發出更多的未解之謎嗎?

  捧讀這本書,我們或許一方面著迷於作者旁徵博引、遊刃有餘的功力;另一方面卻也質疑一個非比尋常的假說,是否建構起非比尋常、堅實的證據以支撐大局?或許我們要深刻地認知:全書果真提供了一個嶄新的思考方向,但絕非終極的答案!

  寒武紀大爆發、生命演化的大霹靂,如此讓人著迷。這本書又如此讓人賞心悅目,值得推薦給每一位求知若渴的讀者!

程延年

  國立自然科學博物館古生物學資深研究員,專長為化石與演化生物學,論文發表於《自然》、《科學》等學術刊物,科普文章與專著散見於雜誌、期刊與專書。

 

詳細資料

  • ISBN:9789861201771
  • 叢書系列:貓頭鷹書房
  • 規格:平裝 / 384頁 / 15 x 21 cm / 普通級 / 部份全彩 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

  科學家並不完全知道是什麼原因,不過直到寒武紀時代為止,各動物門的早期成員並不具備硬質構造,因此也沒有獨特的外表。這種情形引發了另一個問題:發生寒武紀大爆發的原因。為什麼會發生寒武紀大爆發?堅硬外表的演化並非偶然發生,是所有的動物門在經歷一段相當長的平靜歲月之後,同時發生的事件,因此必然有個外在因素迫使這種類似事件大規模發生。但是是何種因素造成?是什麼原因導致寒武紀大爆發──為什麼會發生寒武紀大爆發?這是我們所留下的問題,本書的目的就是要解開這個謎題。

  為什麼從前寒武時期往下傳承遺傳特性時,動物門未演化出獨特的外部構造?或許只是不需要。從胚胎發育形成複雜堅硬的外部構造,比只形成簡單的腸狀液囊,需要更多的能量,生物為何要耗費不必要的能量?歷經大約一億二千萬年的時間,動物並未驟然發展形成外部構造。因而引發這個急速變化,並因此需要消耗額外能量的因素,必然極為重要。本書旨在揭開這個因素的神祕面紗,並據此了解寒武紀大爆發的原因──導致此事件發生的因素。

可能的答案

  對於為什麼會發生寒武紀大爆發這個問題,學者專家曾經提出很多解釋。遺憾的是,總有強而有力的證據反駁所有的解釋:沒有一個解釋能夠經得起科學嚴謹的驗證。過於簡化的解釋,認為寒武紀時期的一般環境條件適合演化,也就是說,寒武紀只不過是個適合動物演化的吉時良地。環境中包含物理(無生命的)與生物(有生命的)因素,最近關於寒武紀時代無骨骼動物胚胎的發現,足以推翻這項相當迂迴的論點。有兩種寒武紀動物──水母及剛毛蟲──的卵,比自己祖先的卵還大,受精卵裡有相當充裕的空間,而且胚胎晚期與成年動物的形狀極為相似,表示完全孵化的寒武紀動物胚胎,有能力融入環境,不需經歷一連串較不成熟的幼年期。由於可以確保子代能夠度過艱難時光,這種直接發育的策略,在現今嚴酷或不可預料的環境條件下常見。舉例來說,螃蟹卵孵化後,小螃蟹會像移動緩慢的浮游生物,在水中四處漂流。許多魚類可以輕易捕捉這些小螃蟹,當環境艱難時,甚至連這些瘦弱的小東西,都會成為魚類的盤中飧。但如果孵化出來的小螃蟹有能力在海底生活,並且擁有可讓自己隱入背景的色素和體形,就能瞞過掠食者的利眼,順利長成大螃蟹。由於要採取高度發展的孵育方式,雙親必須付出高能量,所以這不是一般的發育方式。寒武紀時期的直接發育證據,或許令抱持這種觀念的人感到驚訝,因為它顯示這段時期的生存條件,畢竟不是那麼合宜。於是「合宜條件」的假設出局。

  有些關於寒武紀大爆發原因的解釋,因為誤解了寒武紀大爆發的實質意義,而成為錯誤的犧牲品。許多科學家投入研究,但卻以引人誤入歧途的解釋為基礎,即所有動物門出現自發性演化的主張,試圖揭發點燃寒武紀大爆發的原因。這並不是對寒武紀大爆發的公正結論,也是個被我冠以「引人誤入歧途」之名的解釋。現在我們了解,寒武紀大爆發是所有動物門身體外形的自發性演化,在此之前,所有動物門的內部身體設計,均已設定完成。坦白說,以前的科學家之所以誤解寒武紀大爆發,並非起因於他們本身的錯誤,而是由於我們最近才發現足以了解動物內部身體設計故事的遺傳證據。

  目前的證據顯示,前寒武時期的「事件」,即內部身體設計的演化,並非爆發性的事件,而是歷經數千萬或數億年的時間逐步演變形成。這可能是因為前寒武時期的「事件」,關乎動物自先前的型態演化形成另一種型態,與寒武紀大爆發的條件並無密切關聯。前寒武時期的「事件」與其說是爆發,不如說是一波浪潮。寒武紀大爆發可能是在一剎那間發生,但前寒武時期的「事件」則非如此。簡而言之,以前對「寒武紀大爆發」的解釋,實際上是將寒武紀大爆發與前寒武時期的「浪潮」這兩個事件,合併看待。一般來說,浪潮是重要的遺傳事件,而大爆發則多半是受到某些外在因素驅使所致。

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