达尔文的头痛：进化论的时钟可能以不同的速度滴答

最古老的复杂动物化石遗骸突然出现在化石记录中，仿佛凭空出现，出现在已有5.38亿年前的岩石中。

其中最古老的是简单的化石标记（称为Treptichnus） 制作某种蠕虫状的东西有头有尾。还有许多其他动物迅速出现，是我们今天所知多样动物群的祖先：古代类螃蟹类节肢动物、有壳软体动物，以及海星和海胆的祖先。

这些差异极大的动物迅速到来（甚至在稍古老岩石中也缺席）让查尔斯·达尔文头疼，因为这似乎违背了他关于渐进进化的观点——从那以后，科学家们一直感到困惑。

然而，近期论文可能会提供解决方案。

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1859年，达尔文写道论物种起源：“如果我的理论是真的......在这些广阔的......有时，世界充斥着各种生物。对于为何我们找不到这些庞大原始时期的记录，我无法给出令人满意的答案。”

如今，科学家们对这些古老动物进化的时间存在分歧。问题源自20世纪末的一项发明，名为分子钟.

正如我在书中所解释的该生命之树分子钟依赖于基因变化稳步积累的理念，就像落地钟的规律滴答。

如果这个观点成立，那么仅仅统计任意两只动物之间的遗传差异数量，就能让我们计算出它们的亲缘关系有多远——它们共同祖先的年龄。

例如，人类与黑猩猩分离六百万年前。假设黑猩猩的一个基因与人类基因有六个基因差异。只要分子时钟的滴答是规律的，这就能告诉我们，两个物种之间的一个基因差异对应一百万年。

分子钟应该能让我们将进化事件置于地质时间中，贯穿生命之树。

当动物学家首次使用分子钟时就是这样他们得出了一个非凡的结论：所有复杂动物的祖先早在12亿年前就生活了。后续改进现在对动物祖先的年龄估计更为合理，大约在5.7亿年前.

但这仍然比最早的化石大约要早三千万年。

这段长达三千万年的差距实际上对达尔文非常有帮助。这意味着复杂动物的祖先有充足的时间进化，缓慢地分裂出新物种，自然选择能逐步将这些物种转化为鱼、螃蟹、蜗牛和海星等截然不同的形态。

问题在于，这个古老年代让我们认为，许多古代动物在这片古老海洋中游动、滑行和爬行，历经三千万年，却没有留下任何化石。研究人员要有空档在化石记录中，但这一次将是巨大的。

关于化石缺失的一个流行解释是，在三千万年间，复杂的动物非常小巧、软绵绵，极难化石化。然后，大约在5.4亿年前，理论上，这些微小的动物开始变得更大，可能是因为氧气水平的增加。

正是这种规模的增加，一些科学家认为用来解释复杂动物突然出现在化石记录中。

古生物学家格雷厄姆·巴德和数学家理查德·曼的新论文，给出了分子钟预测的古代祖先与复杂化石突然出现之间鸿沟的不同解释。巴德和曼提出，分子时钟可能没有我们想象的那么规律。

新观点是，一旦任何大型生物群首次出现，进化速度就会加快。

回到我们的例子，在几百万年的时间里，我们的假想时钟可能不是每百万年一次，而是两次。更快的倒计时会让人觉得时间更长，就像按下视频快进键一样，这会把动物祖先的年龄推迟到更远的过去。

基因变化更快的基因也会让动物的外观变化更快。这解决了达尔文的困境，因为这样动物树的各个分支更容易变得不同。最早的动物祖先可以迅速多样化，包括脊椎动物、软体动物、节肢动物和海星。

这一新理念的整体效果是使复杂动物祖先的年龄与其直接后代化石记录中的出现更加一致。

虽然加速时钟的说法需要验证，但它可能解释分子时钟与化石记录之间的其他不匹配。也许最早的开花植物确实存在于数千万多年后才终于留下化石。这也可能有助于解决关于早期灵长类、食肉动物和啮齿动物的科学争论真正与他并肩生活最后恐龙.

至少对于动物的起源，我相信达尔文会认可。

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马克斯·特尔福德，Jodrell动物学与比较解剖学教授，伦敦大学学院

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