古生物學和地質學上的一大懸案 ——寒武紀生物大爆發

古生物學和地質學上的一大懸案

——寒武紀生物大爆發

作者：翟吉璇/中科院地質與地球物理研究所

達爾文生物進化論竟然無從下手，該怎麼辦？

雖然地球生命的雛形可追溯到40億年前，但前35億年都消磨在了單細胞這樣的低等生命上，直到5.3億年前神奇的「寒武紀大爆發」，地球在2000多萬年時間內出現了突然湧現出各種各樣的動物，它們不約而同的迅速起源、進化繁衍，一系列與現代動物形態基本相同的動物在地球上來了個「集體亮相」，形成了多種門類動物同時存在的繁榮景象。

而在早期更為古老的地層中，長期以來沒有找到其明顯的祖先化石的現象，這也就成為了古生物學和地質學上的一大懸案。而當達爾文於1859年完成《物種起源》的時候，對寒武紀生物大爆發這一奇怪的現象也仍然無從解釋。

如果把地球46億年的歷史壓縮成一天，最早的生命可能出現在凌晨4點，而人類直到最後1分多鐘才出現。

解謎的關鍵——雲南澄江生物群

寒武爆發的典型代表是被稱為20世紀最驚人的科學發現之一的我國雲南澄江生物群，它是世界上目前所發現的最古老、保存最為完整的帶殼後生動物群。該動物群是我國青年古生物學家侯先光1984年在雲南澄江縣帽天山首先發現的。這是一個內容十分豐富、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肢動物、金臂蟲、蠕形動物、海綿動物、內肛動物、環節動物、無絞綱腕足動物、軟舌螺類、開腔骨類，以及藻類等，甚至還有屬於低等脊索動物或半索動物(如著名的雲南蟲)等。

由於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結構、生活方式、生態環境等提供了極好的材料，同時也成為了探索地球上大殼後生動物爆發事件的重要窗口。

澄江動物群化石發現點

三葉蟲

納羅蟲

奇蝦

微網蟲

到底是什麼原因導致了寒武紀生命大爆發？

前寒武紀化石資料表明，真核藻類至少在距今12億年前就出現了有性生殖現象。有性生殖的發生在整個生物界的進化過程中有著極其重大的作用，它加速了遺傳變異性，大大增加了生物的多樣性。

其次，寒武紀之初，地球大氣的氧氣水平達到一定的臨界點，不僅使後生動物得到了用於呼吸作用所需要的氧，而且使動物的機能和器官得以充分發育，出現了口器、眼睛、觸手、脊索等。同時臭氧在大氣中吸收大量有害的紫外線，使得後生動物免於有害輻射的損傷。

再如，寒武紀大爆發的關鍵是動物「收割者」的出現和進化，即食用原核細胞（藍藻）的原始動物的出現和進化。「收割者」為生產者有更豐富的多樣性製造了空間，而這種生產者多樣性的增加導致了更特異的「收割者」的進化。

這一時期，營養級金字塔按兩個方向迅速發展：較低層次的生產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」，豐富了營養級的多樣性。從而使得整個生態系統的生物多樣性不斷豐富，最終導致了寒武紀生命大爆發。