第6章 化石是如何形成的

多洛的进化不可逆法则

在化石的采集和研究中人们发现，凡是在比较老的地层中发掘到的那些绝灭了的化石种类，在较新的地层中就再也不会找到了，例如古生代地层中的三叶虫、中生代地层中的恐龙化石都不可能再在新生代地层中出现。这些在今天看来很普通的现象在当时却不为人们所注意。

比利时籍法国古生物学家多洛在自己多年的研究中，也注意到了这一重要现象，即不同时代的地层中含有特定的动植物化石。受其他学者的启发，多洛于1890年提出了生物进化的不可逆法则。按照这一理论，不论是动物还是植物，也不论是整体还是局部器官，一旦进化到某个阶段，就再也不会返回到祖先曾有过的形态了。

这种例证很多，鲸和海豚是由鱼类登陆后进化为哺乳动物，又经过长时间的演化返回到水中去的，但是鲸和海豚都不会恢复它们祖先鱼类所具有的呼吸器官或运动器官。鲸和海豚是用肺呼吸而不是用鳃呼吸，鲸的前肢仅与鱼的鳍貌似，但骨骼结构完全不同，可见进化是不可逆的。

有人注意到一些反证，例如，人类是从灵长类进化来的，但在人类中发现过毛孩，对此如何解释呢？我们说，这种重复祖先某些特征的现象叫返祖现象，通常认为返祖现象没有普遍意义，它只是在极特殊的条件下，在生物后代的少数个体上发生的现象，这种现象绝大多数也不会遗传。所以，经过实践的检验，许多事实都支持不可逆律，生物确实是在不断进化，已经演变的物种不能恢复祖先的形态，生物一绝灭，就不可能再重新出现。

人们根据生物进化的不可逆律，可以在不同时代的地层中发现不同门类的生物化石，根据这些化石可以把各个地质时代的地层区分开，这就是地层学家依据化石确定地层时代和划分地层的基本原理。

史密斯的化石层序律

化石层序律是英国地质学家史密斯建立的。

在史密斯70年的生涯中，几乎都在和化石打交道。幼年在农村的学校读书时，就经常一个人跑到野外去采集化石，史密斯后来成为一个地质学家，但对古生物学情有独钟。由于经常参加野外地质考察，史密斯收集的化石标本不计其数，他把所有的时间和精力都倾注到科学研究上，为了解决温饱问题，不得不把许多珍贵的化石标本卖给伦敦的不列颠博物馆，以换取金钱以糊口。

史密斯在采集化石过程中逐渐发现，沉积地层的结构是有规律的，在沉积地层的下部埋藏的化石在时间上较早，上部的化石时间较晚，这种层序上的规律是不受地区限制的。也就是说，如果沿着一个层面追索到距离较远的另一个地区，含有相同化石的地层无疑属于同一时代。化石层序律的发现具有重要意义，举例来说，如果在甲地含有一定类型化石的地层中发现了某种矿藏，在乙地含有相同化石的地层中也应含有这种矿藏。

史密斯为了总结提出化石层序律曾付出了艰苦的劳动，他在伦敦地区从事这项研究时，终日辛勤工作在野外，为了总结化石在层序上的分布规律，往往跟踪几百千米观察地层的结构，一年的行程累计达16万千米以上。1831年，大英帝国政府为表彰史密斯的杰出贡献，向他颁发了伦敦地质协会的奖章，次年他还获得了皇家给予的年薪。

重演律、相关律及其他定律

有一个很有意思的现象，在我们身边，无论是天上飞的还是地上跑的所有多细胞生物，不管结构构造多么复杂，进化程度多么高级，其生命起点都是从一个单细胞开始，进一步说，今天生存在地球上的各种生物，都起源于最早的单细胞祖先。

在生物个体发育过程中，这一现象得到了充分的印证，胚胎早期是由单细胞开始，卵裂后才发育为多细胞体，最后形成各种器官和组织，构筑成复杂的生命形式。生物在个体发育早期总是重现其祖先的特征，以后才再现自身与祖先不同的较进步的特征，这一规律就是重演律。例如，鱼类、两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类（包括人类）不仅是从单细胞开始生命的旅程，在它们的早期胚胎中都有鳃裂，这也是重演自己祖先特征的另一现象。关于人起源于猿类这一现象，重演律提供了有力证据，因为人与猿的早期胚胎十分相像，有许多特征都完全相同，只是两个月以后才各自显现自己的特征。

重演律是海克尔在1866年提出的。他最早注意到生物系统发育中的重演现象，设计出许多生物进化系统及树和人的种系发生图，精辟地总结了重演律，认为“个体发育是系统发生的简短重演”。当然，海克尔的理论仍掺杂着唯心主义成分，在论及生物发展的模式上，本质上是机械的，但重演律的提出仍给人们以很大的启迪，它不仅扩大了人的想象力，丰富了古生物学的理论研究，而且为人类最终揭示生物演化的奥秘打开了一扇窗口。

相关律是另一个与生物演化有关的定律，许多古生物学家都总结过生物进化过程中的相关变异，所谓相关变异就是生物某一部分器官在发展中产生变化后，必然会导致其他器官的相关变化。居维叶、达尔文等根据自己的考察和研究，分别提出相关变异的许多实例，如固着蛤类就是相关变异的产物。固着蛤是由其祖先双壳类演变而来的。在演化初期，一部分双壳类的生活环境发生了变化，原本生活的静水环境逐渐变为水动力条件较强的环境。为了适应这种变化，双壳类的一瓣壳变为圆锥状，黏固在海底上，另一瓣壳变为口盖状，保护着肉体，这种演变世代相传，就形成了一个新的物种——固着蛤。在古生物研究中相关律得到广泛应用，人们利用相关律可以从发掘出的一颗牙齿，确定它是食肉动物还是食草动物，并根据齿冠结构及形态，推断它的颚部特征，并进一步鉴定出整个动物的名称。

在古生物学家中，还有一些其他法则或定律。

现实主义原理是地质学家赫顿提出的，莱伊尔又把它充分地发展了。现实主义原理认为，人类能够以当今地球上发生的自然地质过程为依据，用以解释地质历史时期的各种现象和作用。这一原理已成功地应用到古生物研究领域，我们同样可以用现生生物作参照系去解释地史时期的生命活动和生物发展。

威廉斯登法则主要用于脊椎动物化石研究，威廉斯登法则认为脊椎动物在进化历程中，从低等到高等，骨骼的总体数目有一个逐渐减少的规律。以鱼类为例，硬骨鱼类最早的头骨由180片骨片组成，而后来的硬骨鱼类头骨的骨片数目减少100片左右。再如哺乳动物，一般哺乳动物头骨骨片的数目为35块，人是哺乳动物中进化程度最高的，头骨骨片只有28块。

上面介绍的各种法则和定律，是人类在长期从事科学研究中获得重大突破的一部分，它们大多被实践证明是正确的，不仅在过去得到承认和应用，在今天也仍具有普遍意义，并显示出很强的生命力。还有一些是人们在某个研究阶段的产物，随着人们认识水平的提高，正在不断地得到完善或被一些新的认识所取代。