生物大滅絕為什么反復發生?

自生命起源到現在的數十億年間，地球上出現過數十億個物種，而現存的物種只有數百萬個。也就是說，地球上曾經出現過的物種，99％以上都已滅絕。沒有一個物種能夠永世長存，現存的物種以后也會一個一個地滅絕。物種滅絕是一個一直在發生的過程，大部分(約占2／3)的滅絕是由于不同物種之間的競爭、環境的變化等進化因素分散地發生的，被稱為背景滅絕。但是剩下的滅絕，卻是集中發生的，在比較短的時間內，仿佛禍從天降，許多物種一起滅絕，被稱為大滅絕。

物種大滅絕讓地層中的化石分布出現了斷層，某類群的化石完全消失了，而被新的化石類群所取代。地質學家根據卉生物化石類群的更替現象來劃分地質年代，把地質年代分為古生代、中生代和新生代三個時期，每代之下再分為幾個紀。

古生物化石的更替現象在代與代更替時表現得最明顯。從古生代的最后一個紀(二疊紀)到中生代的第一個紀(三疊紀)，化石分布存在著最顯著的跳躍，表明發生了生物史上最大的一次滅絕：在古生代大量存在的三葉蟲到了二疊紀末期再也找不到，而且96％的海洋生物物種也都滅絕了。從中生代的最后一個紀(白堊紀)到新生代的第一個紀(第三紀)的化石分布變化也非常明顯，這一次的物種大滅絕規模雖然比不上三疊紀大滅絕，卻最為著名：在中生代盛極一時，曾經主宰地球2億年的恐龍，到了白堊紀后期完全不見了，同時滅絕的還有大約70％的海洋生物物種。生物史上的大滅絕并非只有這么2次。20世紀80年代末的一項研究表明，生物大滅絕在歷史上共發生過23次，大約每2600萬年發生1次，似乎具有周期性。雖然，對于物種大滅絕的發生是否真的如此頻繁和有規律還有爭議，但即使是最保守的估計，也認為至少有5次物種大滅絕是非常明顯的。物種大滅絕即使不是有規律的周期性現象，也是反復發生過的。那么，物種大滅絕為什么會反復發生?

恐龍的滅絕最為著名，研究它的人也最多，形形色色的“恐龍滅絕理論”也不斷被提出，氣候變化、火山爆發是經常被提到的因素。有的恐龍滅絕理論比較有創意，比如說哺乳動物把恐龍蛋吃光了；有的理論則到了荒謬的地步，比如說恐龍是集體自殺的，是被外星人吃光的等等。

終于，有一個恐龍滅絕理論得到了大多數人的認同。1980年，曾獲諾貝爾物理學獎的路易斯·阿爾法雷茲等人提出，恐龍滅絕是由于一顆小行星撞擊地球引起的。這樣的撞擊產生了巨大的能量，相當于幾十萬顆原子彈在地球上同時爆炸，足以引起物種的大滅絕。這聽上去有點匪夷所思，但是并非空口無憑。阿爾法雷茲等人發現，處于白堊紀和第三紀邊界的巖層中含有高濃度的稀有元素。稀有元素在地球巖層中雖然稀少，在隕石中卻含量很高，因此這種異常現象表明在白堊紀后期，曾經有一顆大隕石跟地球相撞。

現在很少有科學家懷疑，在6500萬年前曾經發生過一次驚天動地的隕石大碰撞。但是，在那個時間段發生過隕石大碰撞不等于就是它引起了物種大滅絕。在其他地質時期也有曾經發生過隕石大碰撞的跡象，但是當時的化石分布卻無任何異常。而其他的幾次大來絕，我們連發生過隕石碰撞的跡象都難以找到。物種大滅絕是不是還有別的更普遍的因素?

如果我們能夠統計各個地質時期物種滅絕的規模，說不定能從中發現什么規律。但是一個物種的化石數量往往非常稀少，對它們進行統計容易造成誤差，如果統計屬或科的滅絕情況，就要準確得多。這是個極為繁瑣的工作。芝加哥大學的古生物學家塞普科斯基在圖書館泡了10年，統計了化石數量最為豐富的海洋無脊椎動物各個屬、科產生和滅絕的時間。這項工作在1993年完成后，又激發了其他人去統計其他類群的古生物的情況。

把這些數據匯總在一起，計算各個地質時期滅絕的科的數量，不出所料，通常滅絕的規模不大，但是時不時地會出現滅絕的高峰，最高的5個峰對應著最大的5次滅絕。這樣的結果似乎沒有什么新穎之處。但是在1998年，有兩位物理學家換了個角度分析塞普科斯基的數據，統計滅絕規模的分布情況，有了出乎意料的發現：滅絕規模每增加1倍，發生的幾率就減少為1／4。

這表明生物滅絕和地震、森林大火、沙堆坍塌一樣，發生的頻率也遵循冪律。當我們見到大事件時，總是習慣于認定它必然是由某種特殊的原因引起的。但是，冪律表明大事件的發生因素與小事件的發生因素相同，它們的出現純屬偶然，是處于臨界狀態的系統發生連鎖反應的結果，并沒有特別的“大”因素。當我們挖空心思要為物種大滅絕尋找特別的原因時，是否也誤入歧途?也許，全球生態系統和地殼、森林、沙堆一樣也處于臨界狀態，物種大滅絕和背景滅絕的發生因素并無不同，乃是普通的進化過程中一個罕見的，但也是自然而然地發生的結果。