寒武紀(jì)生命大爆發(fā)概述

1、寒武紀(jì)生命大爆發(fā)概述被稱為古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)上的一大懸案寒武紀(jì)生命大爆發(fā)，自達爾文以來就一直困擾著進化論等學(xué)術(shù)界。 大約 6 億年前， 在地質(zhì)學(xué)上稱做寒武紀(jì)的開始，絕大多數(shù)無脊椎動物門在幾百萬年的很短時間內(nèi)出現(xiàn)了。這種幾乎是“同時”地、“突然”地出現(xiàn)在寒武紀(jì)地層中門類眾多的無脊椎動物化石( 節(jié)肢動物、 軟體動物、 腕足動物和環(huán)節(jié)動物等 ) ，而在寒武紀(jì)之前更為古老的地層中長期以來卻找不到動物化石的現(xiàn)象，被古生物學(xué)家稱作 “寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”，簡稱“寒武爆發(fā)” 。達爾文在其物種起源的著作中提到了這一事實，并大感迷惑。他認為這一事實會被用做反對其進化論的有力證據(jù)。但他同時解釋到， 寒武紀(jì)的動物一定是

2、來自前寒武紀(jì)動物的祖先，是經(jīng)過很長時間的進化過程產(chǎn)生的；寒武紀(jì)動物化石出現(xiàn)的“突然性” 和前寒武紀(jì)動物化石的缺乏，是由于地質(zhì)記錄的不完全或是由于老地層淹沒在海洋中的緣故。寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的起源埃迪卡拉動物群埃迪卡拉 （Ediacaran）動物群是 Sprigg于 1947 年在澳大利亞中南部 Ediacara 地區(qū)的龐德砂巖層中首先發(fā)現(xiàn)的。最初人們未能確定這一動物群的時代，后來終于確定為前寒武紀(jì)，年齡為 6.7 億年。埃迪卡拉動物群包含三個門，19個屬， 24 種低等無脊椎動物。三個門是：腔腸動物門，環(huán)節(jié)動物門和節(jié)肢動物門。水母有7 屬 9 種；水螅綱有3 屬 3 種；海鰓目（珊瑚綱）有 3

3、屬 3 種；缽水母 2 屬 2 種；多毛類環(huán)蟲2 屬 5 種；節(jié)肢動物 2 屬 2 種。多保存為印痕化石，盡管它們的形態(tài)、結(jié)構(gòu)都很原始，但它們被認為是20 世紀(jì)古生物學(xué)最重大的發(fā)現(xiàn)之一。這一發(fā)現(xiàn)使科學(xué)界擯棄了長期以來認為在寒武紀(jì)之前不可能出現(xiàn)后生動物化石的傳統(tǒng)觀念。所謂后生動物即是指相對于原生動物的各種多細胞動物艾迪卡拉動物群包含了多種形態(tài)奇特的動物化石：身體巨大而扁平、 多呈橢圓形或條帶形，具有平滑的有機質(zhì)膜，是人們迄今為止發(fā)現(xiàn)的最古老、最原始的化石，也是在太古代地層中發(fā)現(xiàn)的最有說服力的生物證據(jù)。按 Seilacher的觀點， 艾迪卡拉動物群可分為輻射狀生長、兩極生長和單極生長3 種類型。

4、除輻射狀生長的類型中可能有與腔腸動物有關(guān)系的類群外，其他兩類與寒武紀(jì)以后出現(xiàn)的生物門類無親源關(guān)系。盡管有關(guān)艾迪卡拉 （型）動物群的性質(zhì)還有許多爭議，但其奇怪的形態(tài)令許多學(xué)者相信，艾迪卡拉 （型）動物群是后生動物出現(xiàn)后的第一次適應(yīng)輻射，它們采取的不同于現(xiàn)代大多數(shù)動物采取的形體結(jié)構(gòu)變化方式。不增加內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，只改變軀體的基本形態(tài)， 變得非常薄， 成條帶狀或薄餅狀， 使體內(nèi)各部分充分接近外表面，在沒有內(nèi)部器官的情況下進行呼吸和攝取營養(yǎng)。 如現(xiàn)代大型寄生動物滌蟲現(xiàn)代大多數(shù)動物采取的是保持渾圓或球形的外部形態(tài)的同時，進化出復(fù)雜的內(nèi)部器官來擴大相應(yīng)的表面積（如肺、消化道），從化石上可以看出，這些生物

5、已具有了高度分化的組織和器官，說明它們已不是最原始的類型。它們代表了后生動物出現(xiàn)以后的第一次輻射演化因此，可以認為艾迪卡拉 （型）動物群是在元古宙末期大氣氧含量較低的條件下后生動物大規(guī)模占領(lǐng)淺海的一次嘗試，結(jié)果失敗了，而導(dǎo)致絕滅。在后來的演化過程中， 后生動物采取了第二種方式，使內(nèi)部的器官復(fù)雜化和物種多樣化的發(fā)展，即生物系統(tǒng)演化。寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的代表云南澄江動物群寒武爆發(fā)的典型代表是被稱為20 世紀(jì)最驚人的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一的中國云南澄江動物群，它是世界上目前所發(fā)現(xiàn)的最古老、保存最為完整的帶殼后生動物群。該動物群是中國青年古生物學(xué)家侯先光1984 年在云南澄江縣帽天山首先發(fā)現(xiàn)的。這是一個內(nèi)容十分豐

6、富、保存非常完美，距今約5.7 億年的化石群， 其成員包括水母狀生物、三葉蟲、 具附肢的非三葉的節(jié)肢動物、 金臂蟲、 蠕形動物、 海綿動物、 內(nèi)肛動物、 環(huán)節(jié)動物、 無絞綱腕足動物、軟舌螺類、開腔骨類， 以及藻類等， 甚至還有屬于低等脊索動物或半索動物( 如著名的云南蟲) 等。由于許多動物的軟組織保存完好，為研究早期無脊椎動物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生活方式、 生態(tài)環(huán)境等提供了極好的材料，同時也成為了探索地球上大殼后生動物爆發(fā)事件的重要窗口。生命大爆發(fā)原因探討寒武爆發(fā)吸引了無數(shù)的古生物學(xué)家和進化論者去尋找證據(jù)探討其起因。100 多年以來的證據(jù)產(chǎn)生出解釋寒武爆發(fā)的兩種基本觀點。一種觀點認為， 寒武爆發(fā)是一種

7、假象，這是某些達爾文或新達爾主義者所持的觀點。由于進化是漸進的，所謂的“爆發(fā)” 只是表明首次在生物化石記錄中發(fā)現(xiàn)了早在前寒武紀(jì)就已經(jīng)廣泛存在并發(fā)展的生物，其它的生物化石群則可能由于地質(zhì)記錄的不完全而“缺檔”，造成這種“缺檔”的原因是前寒武紀(jì)地層經(jīng)歷著熱與壓力，其中的化石被銷毀了。由于發(fā)現(xiàn)前寒武紀(jì)化石沉積層中存在大量象細菌和藍藻這樣簡單的原核生物， 因而這一解釋不再有說服力。 另一種觀點認為， 寒武爆發(fā)代表了生物進化過程中的真實事件，科學(xué)家從物理環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的變化兩個方面來解釋這一現(xiàn)象。1965 年，兩位美國物理學(xué)家提出了寒武爆發(fā)是由于地球大氣的氧水平這個物理因素造成的。寒武紀(jì)海洋生態(tài)系統(tǒng)中最

8、頂級的捕食者“奇蝦”寒武紀(jì)海洋生態(tài)系統(tǒng)中最頂級的捕食者“奇蝦”圖冊他們認為，在早期地球的大氣中含有很少或根本就沒有自由氧，氧是前寒武紀(jì)藻類植物光合作用的產(chǎn)物并逐漸積累形成的。后生動物需要大量的氧，一方面用于呼吸作用，另一方面氧還以臭氧的形式在大氣中吸收大量有害的紫外線，使后生動物免于有害輻射的損傷。生物學(xué)家則從生物本身的生態(tài)關(guān)系來探討這一問題，因為地質(zhì)學(xué)的證據(jù)否定了這種氧理論的觀點。 大約在距今10 億年至 20 億年之間廣泛沉積層中含有大量嚴重氧化的巖石，這說明在這一時期內(nèi)已經(jīng)存在足夠生命爆發(fā)的氧條件。因而生物學(xué)家從兩個重要事件的出現(xiàn)來探索造成寒武爆發(fā)的原因，即有性生殖的產(chǎn)生和生物收割者的出

9、現(xiàn)。從化石資料來看，真核藻類大約在9 億年前出現(xiàn)了有性生殖，實際上， 有性生殖出現(xiàn)得更早。有性生殖的發(fā)生在整個生物界的進化過程中有著極其重大的作用，由于有性生殖提供了遺傳變異性，從而有可能進一步增加了生物的多樣性，這是造成寒武爆發(fā)的原因之一。生物收割者假說是美國生態(tài)學(xué)家斯坦利提出的，是一種解釋寒武爆發(fā)的生態(tài)學(xué)理論，即收割原則。斯坦利認為，在前寒武紀(jì)的25 億年的多數(shù)時間里，海洋是一個以原核藍藻這樣簡單的初級生產(chǎn)者所組成的生態(tài)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)內(nèi)的群落在生態(tài)學(xué)上屬于單一不變的群落，營養(yǎng)級也是簡單唯一的。由于物理空間被這種種類少但數(shù)量大的生物群落頑強地占據(jù)著，所以這種群落的進化非常緩慢，從未有過豐富的

10、多樣性。寒武爆發(fā)的關(guān)鍵是草食收割者的出現(xiàn)和進化， 即食用原核細胞( 藍藻 ) 的原生動物的出現(xiàn)和進化。收割者為生產(chǎn)者有更大的多樣性制造了空間， 而這種生產(chǎn)者多樣性的增加又導(dǎo)致了更特異的收割者的進化。營養(yǎng)級金字塔按兩個方向迅速發(fā)展：較底層次的生產(chǎn)者增加了許多新物種，豐富了物種多樣性，在頂端又增加了新的“收割者” ，豐富了營養(yǎng)級的多樣性。從而使得整個生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性不斷豐富，最終導(dǎo)致了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的產(chǎn)生。對于“收割理論”科學(xué)家們目前還沒有找到直接的證據(jù)來證明其正確性，然而，一些間接的證據(jù)支持了這一理論。間接證據(jù)之一來自于前寒武紀(jì)疊層石，這些由藻類組成的疊層石中保存了前寒武紀(jì)最豐富的生產(chǎn)者群落。今天，疊層石僅盛產(chǎn)于缺少后生動物收割者的貧瘠環(huán)境中， 如超鹽量的咸水湖中。藻類在前寒武紀(jì)地層中的大量存在，大概