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寒武纪生物大爆发是一个古生物学问题吗?

已有 5719 次阅读 2013-9-25 16:32 |系统分类:观点评述| 寒武纪生物大爆发

最近一篇博客文章引起了我的注意,

http://blog.sciencenet.cn/blog-300114-727122.html

其实我不是第一次接触这个问题。前一段时间我的师弟送了一本关于基督教的书给我,其中也提到了这个问题。科学似乎无法解决,所以就出现了神学。这些似乎是神的存在的证据。

我想提出这样一个问题:寒武纪生物大爆发到底是一个什么问题? 古生物学问题,数学问题,生物问题还是物理问题? 很多人会不加思索地书,这怎么可能是数学问题呢,肯定是古生物学问题嘛。这种想当然有些时候会害死人的。

从物理上来说,生物的发展应该经历这样几个过程,如下图所示。首先是孕育期(A),所有的物种在没有任何关系下独自生长演化。 然后是彼此交配期(B),此时生物之间互相作用,产生新物种,这些物种互相竞争,生命力强的存货了下来,生命力弱的消亡。云南澄江生物群只是看到了其中的一个特定时刻的缩影,无法概况全部过程。组后是稳定期(C),此时说明已经趋于稳定。在B阶段,如果每个生物的变异速度稍微快那么一点点,几千万年下来,你会一个巨大的变化,如同利滚利一样。假设每个生物的变异周期为$\epsilon$/lifetime.其中寿命lifetie = 5年,那么1000万次以后,其变化为$(1+\epsilon)^{10^7}$. 所以任何微小的变化$\epsilon$, 最后的结果都是巨大的。生物的变化本来是一个随机的,所以也许它还和随机共振有关。寒武纪生物大爆发是随机共振的结果吗?谁知道呢。物理学家也许可以给你答案。

如果用数学,大概可以用下面的方程描述

${dn\over dt} = \gamma_1 n + \kappa_1 m + \alpha_1 n(n-1) + \beta_1 nm$

${dm\over dt} = \gamma_2 m + \kappa_2 n + \alpha_2 m(m-1) + \beta_2 nm$

解释一下这些参数的意义。$n$, $m$分别为适应环境,不适用环境的物种个数,每个生物有一定的可能性变异为自己所属物种$\gamma$,或者其它物种$\kappa$. 当然,我们也考虑物种之间的交配(几率为$\alpha$ and $\beta$). 这个模型选择合适的参数就一定可以得到大爆炸的结果。

这个博客只是为了提供一个思路,也许寒武纪生物大爆发未必是一个古生物学问题,也许非常简单,它仅仅是一个数学问题或者物理问题。就我个人而言,我非常确定数学或者物理模型在解释寒武纪生物大爆发方面可以发挥作用。




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