達爾文的頭痛：進化論的時鐘可能以不同的速度滴答

最古老的復雜動物化石遺骸突然出現在化石記錄中，仿佛憑空出現，出現在已有5.38億年前的巖石中。

其中最古老的是簡單的化石標記（稱為Treptichnus） 制作某種蠕蟲狀的東西有頭有尾。還有許多其他動物迅速出現，是我們今天所知多樣動物群的祖先：古代類螃蟹類節肢動物、有殼軟體動物，以及海星和海膽的祖先。

這些差異極大的動物迅速到來（甚至在稍古老巖石中也缺席）讓查爾斯·達爾文頭疼，因為這似乎違背了他關于漸進進化的觀點——從那以后，科學家們一直感到困惑。

然而，近期論文可能會提供解決方案。

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1859年，達爾文寫道論物種起源：“如果我的理論是真的......在這些廣闊的......有時，世界充斥著各種生物。對于為何我們找不到這些龐大原始時期的記錄，我無法給出令人滿意的答案。”

如今，科學家們對這些古老動物進化的時間存在分歧。問題源自20世紀末的一項發明，名為分子鐘.

正如我在書中所解釋的該生命之樹分子鐘依賴于基因變化穩步積累的理念，就像落地鐘的規律滴答。

如果這個觀點成立，那么僅僅統計任意兩只動物之間的遺傳差異數量，就能讓我們計算出它們的親緣關系有多遠——它們共同祖先的年齡。

例如，人類與黑猩猩分離六百萬年前。假設黑猩猩的一個基因與人類基因有六個基因差異。只要分子時鐘的滴答是規律的，這就能告訴我們，兩個物種之間的一個基因差異對應一百萬年。

分子鐘應該能讓我們將進化事件置于地質時間中，貫穿生命之樹。

當動物學家首次使用分子鐘時就是這樣他們得出了一個非凡的結論：所有復雜動物的祖先早在12億年前就生活了。后續改進現在對動物祖先的年齡估計更為合理，大約在5.7億年前.

但這仍然比最早的化石大約要早三千萬年。

這段長達三千萬年的差距實際上對達爾文非常有幫助。這意味著復雜動物的祖先有充足的時間進化，緩慢地分裂出新物種，自然選擇能逐步將這些物種轉化為魚、螃蟹、蝸牛和海星等截然不同的形態。

問題在于，這個古老年代讓我們認為，許多古代動物在這片古老海洋中游動、滑行和爬行，歷經三千萬年，卻沒有留下任何化石。研究人員要有空檔在化石記錄中，但這一次將是巨大的。

關于化石缺失的一個流行解釋是，在三千萬年間，復雜的動物非常小巧、軟綿綿，極難化石化。然后，大約在5.4億年前，理論上，這些微小的動物開始變得更大，可能是因為氧氣水平的增加。

正是這種規模的增加，一些科學家認為用來解釋復雜動物突然出現在化石記錄中。

古生物學家格雷厄姆·巴德和數學家理查德·曼的新論文，給出了分子鐘預測的古代祖先與復雜化石突然出現之間鴻溝的不同解釋。巴德和曼提出，分子時鐘可能沒有我們想象的那么規律。

新觀點是，一旦任何大型生物群首次出現，進化速度就會加快。

回到我們的例子，在幾百萬年的時間里，我們的假想時鐘可能不是每百萬年一次，而是兩次。更快的倒計時會讓人覺得時間更長，就像按下視頻快進鍵一樣，這會把動物祖先的年齡推遲到更遠的過去。

基因變化更快的基因也會讓動物的外觀變化更快。這解決了達爾文的困境，因為這樣動物樹的各個分支更容易變得不同。最早的動物祖先可以迅速多樣化，包括脊椎動物、軟體動物、節肢動物和海星。

這一新理念的整體效果是使復雜動物祖先的年齡與其直接后代化石記錄中的出現更加一致。

雖然加速時鐘的說法需要驗證，但它可能解釋分子時鐘與化石記錄之間的其他不匹配。也許最早的開花植物確實存在于數千萬多年后才終于留下化石。這也可能有助于解決關于早期靈長類、食肉動物和嚙齒動物的科學爭論真正與他并肩生活最后恐龍.

至少對于動物的起源，我相信達爾文會認可。

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馬克斯·特爾福德，Jodrell動物學與比較解剖學教授，倫敦大學學院

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