寒武纪生物大爆发

寒武纪生物大爆发的原因是什么？

寒武纪（Cambrian 距今5.4～5.1亿年）—海洋无脊椎动物大发展 寒武纪是地质历史划分中属显生宙古生代的第一个纪，距今约5.4亿至5.1亿年，寒武纪是现代生物的开始阶段，是地球上现代生命开始出现、发展的时期。寒武纪对我们来说是十分遥远而陌生的，这个时期的地球大陆特征完全不同于今天。 寒武纪常被称为“三叶虫的时代”，这是因为寒武纪岩石中保存有比其他类群丰富的矿化的三叶虫硬壳。当时出现了丰富多样且比较高级的海生无脊椎动物，保存了大量的化石，从而有可能研究当时生物界的状况，并能够利用生物地层学方法来划分和对比地层，进而研究有机界和无机界比较完整的发展历史。但澄江动物群告诉我们，现在地球上生活的多种多样的动物门类在寒武纪开始不久就几乎同时出现。 寒武纪是显生宙(Phanerozoic Eon)的开始，标志着地球生物演化史新的一幕。在寒武纪开始后的短短数百万年时间里，包括现生动物几乎所有类群祖先在内的大量多细胞生物突然出现，这一爆发式的生物演化事件被称为“寒武纪生命大爆炸”(Cambrian explosion)。带壳、具骨骼的海洋无脊椎动物趋向繁荣，它们营底栖生活，以微小的海藻和有机质颗粒为食物，其中，最繁盛的是节肢动物三叶虫，故寒武纪又称为“三叶虫时代”，其次是腕足动物、古杯动物、棘皮动物和腹足动物，寒武纪的生物形态奇特，和我们现在地球上所能看见的生物极不相同。 比较著名的有早寒武世云南的澄江动物群、加拿大中寒武世的布尔吉斯页岩生物群。寒武纪的生物界以海生无脊椎动物和海生藻类为主。无脊椎动物的许多高级门类如节肢动物、棘皮动物、软体动物、腕足动物、笔石动物等都有了代表。其中以节肢动物门中的三叶虫纲最为重要，其次为腕足动物。此外，古杯类、古介形类、软舌螺类、牙形刺、鹦鹉螺类等也相当重要。抛开牙形石不说，高等的脊索动物还有许多其他代表，如我国云南澄江动物群中的华夏鳗、云南鱼、海口鱼等，加拿大布尔吉斯页岩中的皮开虫，美国上寒武统的鸭鳞鱼。 在潮湿的低地，可能分布有苔藓和地衣类的低等植物，但它们还缺乏真正的根茎组织，难以在干燥地区生活；无脊椎动物也还没有演化出适应在空气中生活的机能。寒武纪没有真正的陆生生物，大陆上缺乏生气、荒凉一片。 古生物学引用“大爆发”一词，来形容生物多样性突然爆发式出现。根据寒武纪开始时痕迹化石和小壳化石的突然多样性和复杂性，“寒武纪大爆发”的理论在澄江动物群发现之前就已提出，但对“寒武纪大爆发”所产生的动物及动物群落结构特征所知甚微，即使著名的加拿大布尔吉斯页岩动物群化石也比“寒武纪大爆发”晚1000多万年，不能回答寒武纪初期海洋中具体有什么生命。 澄江动物群的地质时代正处于“寒武纪大爆发”时期，它让我们如实看到5.3亿年前动物群的真实面貌，各种各样的动物在“寒武纪大爆发”时期迅速起源，立即出现，现在生活在地球上的各个动物门类几乎都已同时存在，而不是经过长时间的演化慢慢变来的。它将动物多样性的历史前推到寒武纪早期。 寒武纪的生物形态奇特，和地球上的现生生物极不相同。最古老的鱼种也出现在这个时代，是耳材村海口鱼（Haikouichthys ercaicunensis），该化石发掘在澄江动物群。

什么是寒武纪生命大爆发？

寒武纪生命大爆发Cambrian Explosion
被称为古生物学和地质学上的一大悬案——寒武纪生命大爆发，自达尔文以来就一直困扰着进化论等学术界。大约6亿年前，在地质学上称做寒武纪的开始，绝大多数无脊椎动物门在几百万年的很短时间内出现了。这种几乎是“同时”地、“突然”地出现在寒武纪地层中门类众多的无脊椎动物化石(节肢动物、软体动物、腕足动物和环节动物等)，而在寒武纪之前更为古老的地层中长期以来却找不到动物化石的现象，被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”，简称“寒武爆发”。达尔文在其《物种起源》的著作中提到了这一事实，并大感迷惑。他认为这一事实会被用做反对其进化论的有力证据。但他同时解释到，寒武纪的动物一定是来自前寒武纪动物的祖先，是经过很长时间的进化过程产生的；寒武纪动物化石出现的“突然性”和前寒武纪动物化石的缺乏，是由于地质记录的不完全或是由于老地层淹没在海洋中的缘故。
[编辑本段]寒武纪生命大爆发的起源—埃迪卡拉动物群
埃迪卡拉（Ediacaran）动物群是Sprigg于1947年在澳大利亚中南部Ediacara地区的庞德砂岩层中首先发现的。最初人们未能确定这一动物群的时代，后来终于确定为前寒武纪，年龄为6.7亿年。埃迪卡拉动物群包含三个门，19个属，24种低等无脊椎动物。三个门是：腔肠动物门，环节动物门和节肢动物门。水母有7属9种；水螅纲有3属3种；海鳃目（珊瑚纲）有3属3种；钵水母2属2种；多毛类环虫2属5种；节肢动物2属2种。 多保存为印痕化石，尽管它们的形态、结构都很原始，但它们被认为是20 世纪古生物学最重大的发现之一。这一发现使科学界摈弃了长期以来认为在寒武纪之前不可能出现后生动物化石的传统观念。所谓后生动物即是指相对于原生动物的各种多细胞动物
艾迪卡拉动物群包含了多种形态奇特的动物化石：身体巨大而扁平、多呈椭圆形或条带形，具有平滑的有机质膜，是人们迄今为止发现的最古老、最原始的化石，也是在太古代地层中发现的最有说服力的生物证据。按Seilacher的观点，艾迪卡拉动物群可分为辐射状生长、两极生长和单极生长3种类型。除辐射状生长的类型中可能有与腔肠动物有关系的类群外，其他两类与寒武纪以后出现的生物门类无亲源关系 。
尽管有关艾迪卡拉（型）动物群的性质还有许多争议，但其奇怪的形态令许多学者相信，艾迪卡拉（型）动物群是后生动物出现后的第一次适应辐射，它们采取的不同于现代大多数动物采取的形体结构变化方式。不增加内部结构的复杂性，只改变躯体的基本形态，变得非常薄，成条带状或薄饼状，使体内各部分充分接近外表面，在没有内部器官的情况下进行呼吸和摄取营养。如现代大型寄生动物涤虫现代大多数动物采取的是保持浑圆或球形的外部形态的同时，进化出复杂的内部器官来扩大相应的表面积（如肺、消化道），从化石上可以看出，这些生物已具有了高度分化的组织和器官，说明它们已不是最原始的类型。它们代表了后生动物出现以后的第一次辐射演化因此，可以认为艾迪卡拉（型）动物群是在元古宙末期大气氧含量较低的条件下后生动物大规模占领浅海的一次尝试，结果失败了，而导致绝灭。在后来的演化过程中，后生动物采取了第二种方式，使内部的器官复杂化和物种多样化的发展，即生物系统演化。
[编辑本段]寒武纪生命大爆发的代表—云南澄江动物群
寒武爆发的典型代表是被称为20世纪最惊人的科学发现之一的我国云南澄江动物群，它是世界上目前所发现的最古老、保存最为完整的带壳后生动物群。该动物群是我国青年古生物学家侯先光1984年在云南澄江县帽天山首先发现的。这是一个内容十分丰富、保存非常完美，距今约5.7亿年的化石群，其成员包括水母状生物、三叶虫、具附肢的非三叶的节肢动物、金臂虫、蠕形动物、海绵动物、内肛动物、环节动物、无绞纲腕足动物、软舌螺类、开腔骨类，以及藻类等，甚至还有属于低等脊索动物或半索动物(如著名的云南虫)等。由于许多动物的软组织保存完好，为研究早期无脊椎动物的形态结构、生活方式、生态环境等提供了极好的材料，同时也成为了探索地球上大壳后生动物爆发事件的重要窗口。
[编辑本段]云南澄江动物群在生物进化研究上的意义
云南澄江动物群的发现，使得我们对在前寒武纪晚期到寒武纪早期生命的进化发展有了较为清晰的认识。它在生物进化上的意义至少可以概括为两点：
首先，该动物群的发现，再次证实了“生命大爆发”的存在，成为“寒武爆发”理论的重要支柱。同时，它还是联系前寒武纪晚期到寒武纪早期生命进化过程的重要环节。
在该动物群被发现之前的本世纪内就有过两次激动人心的古生物学发现。一次是1910年在北美发现的距今约5.3亿年中寒武纪的“布尔吉斯动物群”，另一次是1947年在澳大利亚南部发现的距今6.8亿～6亿年之间的“埃迪卡拉动物群”。云南澄江动物群成了联系布尔吉斯动物群和埃迪卡拉动物群之间的重要环节，随着对澄江动物群研究的深入，埃迪卡拉-澄江-布尔吉斯3个动物群之间的演化关系会更加清楚。
其次，澄江动物群的发现为“间断平衡”理论提供了新的事实依据，对达尔文的进化论再次造成冲击。“间断平衡”理论认为，生物的进化不像达尔文及新达尔文主义者所强调的那样是一个缓慢的连续渐变积累过程，而是长期的稳定(甚至不变)与短暂的剧变交替的过程，从而在地质记录中留下许多空缺。澄江动物群的发现说明了生物的进化并非总是渐进的，而是渐进与跃进并存的过程。
[编辑本段]寒武纪生命大爆发原因探讨
寒武爆发吸引了无数的古生物学家和进化论者去寻找证据探讨其起因。100多年以来的证据产生出解释寒武爆发的两种基本观点。一种观点认为，寒武爆发是一种假象，这是某些达尔文或新达尔主义者所持的观点。由于进化是渐进的，所谓的“爆发”只是表明首次在生物化石记录中发现了早在前寒武纪就已经广泛存在并发展的生物，其它的生物化石群则可能由于地质记录的不完全而“缺档”，造成这种“缺档”的原因是前寒武纪地层经历着热与压力，其中的化石被销毁了。由于发现前寒武纪化石沉积层中存在大量象细菌和蓝藻这样简单的原核生物，因而这一解释不再有说服力。另一种观点认为，寒武爆发代表了生物进化过程中的真实事件，科学家从物理环境和生态环境的变化两个方面来解释这一现象。
1965年，两位美国物理学家提出了寒武爆发是由于地球大气的氧水平这个物理因素造成的。他们认为，在早期地球的大气中含有很少或根本就没有自由氧，氧是前寒武纪藻类植物光合作用的产物并逐渐积累形成的。后生动物需要大量的氧，一方面用于呼吸作用，另一方面氧还以臭氧的形式在大气中吸收大量有害的紫外线，使后生动物免于有害辐射的损伤。
生物学家则从生物本身的生态关系来探讨这一问题，因为地质学的证据否定了这种氧理论的观点。大约在距今10亿年至20亿年之间广泛沉积层中含有大量严重氧化的岩石，这说明在这一时期内已经存在足够生命爆发的氧条件。因而生物学家从两个重要事件的出现来探索造成寒武爆发的原因，即有性生殖的产生和生物收割者的出现。
从化石资料来看，真核藻类大约在9亿年前出现了有性生殖，实际上，有性生殖出现得更早。有性生殖的发生在整个生物界的进化过程中有着极其重大的作用，由于有性生殖提供了遗传变异性，从而有可能进一步增加了生物的多样性，这是造成寒武爆发的原因之一。
生物收割者假说是美国生态学家斯坦利提出的，是一种解释寒武爆发的生态学理论，即收割原则。斯坦利认为，在前寒武纪的25亿年的多数时间里，海洋是一个以原核蓝藻这样简单的初级生产者所组成的生态系统。这一系统内的群落在生态学上属于单一不变的群落，营养级也是简单唯一的。由于物理空间被这种种类少但数量大的生物群落顽强地占据着，所以这种群落的进化非常缓慢，从未有过丰富的多样性。寒武爆发的关键是草食收割者的出现和进化，即食用原核细胞(蓝藻)的原生动物的出现和进化。收割者为生产者有更大的多样性制造了空间，而这种生产者多样性的增加又导致了更特异的收割者的进化。营养级金字塔按两个方向迅速发展：较底层次的生产者增加了许多新物种，丰富了物种多样性，在顶端又增加了新的“收割者”，丰富了营养级的多样性。从而使得整个生态系统的生物多样性不断丰富，最终导致了寒武纪生命大爆发的产生。
对于“收割理论”科学家们目前还没有找到直接的证据来证明其正确性，然而，一些间接的证据支持了这一理论。间接证据之一来自于前寒武纪叠层石，这些由藻类组成的叠层石中保存了前寒武纪最丰富的生产者群落。今天，叠层石仅盛产于缺少后生动物收割者的贫瘠环境中，如超盐量的咸水湖中。藻类在前寒武纪地层中的大量存在，大概反映了当时收割者的贫乏。另外，生态学野外研究也提供了一些间接的证据，研究表明，在一个人工池塘中，放进捕食性鱼，会增加浮游生物的多样性；从多样的藻类群落中去掉海胆，会使某一藻类在该群落中占统治地位而多样性下降。
寒武爆发作为地史上的第二大悬案一直为人们所关注。随着化石的不断发现及新理论的建立，这一谜团最终将大白于天下。

寒武纪为什么会出现生命大爆发?

原因：从化石资料来看，真核藻类大约在9亿年前出现了有性生殖，实际上，有性生殖出现得更早。有性生殖的发生在整个生物界的进化过程中有着极其重大的作用，由于有性生殖提供了遗传变异性，从而有可能进一步增加了生物的多样性，这是造成寒武爆发的原因之一。生物收割者假说是美国生态学家斯坦利提出的，是一种解释寒武爆发的生态学理论，即收割原则。斯坦利认为，在前寒武纪的25亿年的多数时间里，海洋是一个以原核蓝藻这样简单的初级生产者所组成的生态系统。这一系统内的群落在生态学上属于单一不变的群落，营养级也是简单唯一的。由于物理空间被这种种类少但数量大的生物群落顽强地占据着，所以这种群落的进化非常缓慢，从未有过丰富的多样性。寒武爆发的关键是草食收割者的出现和进化，即食用原核细胞（蓝藻）的原生动物的出现和进化。收割者为生产者有更大的多样性制造了空间，而这种生产者多样性的增加又导致了更特异的收割者的进化。营养级金字塔按两个方向迅速发展：较底层次的生产者增加了许多新物种，丰富了物种多样性，在顶端又增加了新的“收割者”，丰富了营养级的多样性。从而使得整个生态系统的生物多样性不断丰富，最终导致了寒武纪生命大爆发的产生。扩展资料寒武纪生命大爆发的起源—埃迪卡拉动物群埃迪卡拉（Ediacaran）动物群是Sprigg于1947年在澳大利亚中南部Ediacara地区的庞德砂岩层中首先发现的。最初人们未能确定这一动物群的时代，后来终于确定为前寒武纪，年龄为6.7亿年。埃迪卡拉动物群包含三个门，19个属，24种低等无脊椎动物。三个门是：腔肠动物门，环节动物门和节肢动物门。水母有7属9种；水螅纲有3属3种；海鳃目（珊瑚纲）有3属3种；钵水母2属2种；多毛类环虫2属5种；节肢动物2属2种。 多保存为印痕化石，尽管它们的形态、结构都很原始，但它们被认为是20 世纪古生物学最重大的发现之一。这一发现使科学界摈弃了长期以来认为在寒武纪之前不可能出现后生动物化石的传统观念。所谓后生动物即是指相对于原生动物的各种多细胞动物。参考资料来源：百度百科-寒武纪生命大爆发

寒武纪生物大爆发的时间

寒武纪生命大爆发的真正原因
寒武纪生命大爆发被称为古生物学和地质学上的一大悬案。寒武纪生命大爆发自达尔文以来就一直困扰着进化论等学术界。大约6亿年前，在地质学上称做寒武纪的开始，绝大多数无脊椎动物门在只2000多万年时间内出现了。这种几乎是“同时”地、“突然”地在2000多万年时间内出现在寒武纪地层中门类众多的无脊椎动物化石(节肢动物、软体动物、腕足动物和环节动物等)，而在寒武纪之前更为古老的地层中长期以来却找不到动物化石的现象，被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”，简称“寒武爆发”。
达尔文在其《物种起源》的著作中提到了这一事实，并大感迷惑。他认为这一事实会被用做反对其进化论的有力证据。但他同时解释到，寒武纪的动物的祖先一定是来自前寒武纪动物，是经过很长时间的进化过程产生的；寒武纪动物化石出现的“突然性”和前寒武纪动物化石的缺乏，是由于地质记录的不完全或是由于老地层淹没在海洋中的缘故。这就是至今仍被国际学术界列为“十大科学难题”之一的“寒武纪生命大爆发”。 依照传统和经典的生物学理论，即达尔文生物进化认为，生物进化经历了从水生到陆地、从简单到复杂、从低级到高级的漫长的演变过程，这一过程是通过自然选择和遗传变异两个车轮的缓慢滚动逐渐实现的。
科学家们为揭示“寒武纪大爆发”的原因提出了种种假说。陈均远研究员提出寒武纪生物突变具有极明显的自发性进化行为的设想；舒德干教授提出“寒武纪暖水与冷水两大古生物地理分区"的假说等，但目前还没有一个清晰、证据确凿、令人信服的解释。
寒武纪生命大爆发吸引了无数的古生物学家和进化论者去寻找证据探讨其起因，但都没有找到寒武纪生命大爆发的真正原因，所以把寒武纪生命大爆发认为是反对进化论的有力证据。
地球膨裂说认为“雪球地球’冰期后地温急聚升高是寒武纪生命大爆发的真正原因。“雪球地球”理论认为，地球在距今7.5亿到5.8亿年前曾经经历了一次极其严重而漫长的冰河时代——瓦兰吉尔期。当时不仅陆地全部被冰川覆盖，海洋表面也被完全冻结，液态水靠来自地球核心的热量支持，存在于1公里厚的冰层下。如果从太空看，地球完全是一巨大的“雪球”。“雪球地球”假说最早由美国地质学家约瑟夫·可西文克博士1992年首先提出。“雪球地球”的假说有哪些根据？第一，地球在距今6亿到8亿年间广泛发育了一层或多层称为“冰积岩”的冰川沉积，它代表了全球性的寒冷气候。最著名的一次冰期发生在距今6亿年左右，几乎在现今所有大陆上都留下了可靠的记录，地质学上称为瓦伦格冰期。不管怎样，在地球上很好保存了距今6亿到8亿年的地层中，几乎都能找到同期的冰川沉积。很显然，这个寒冷气候是一个全球性事件。第二，在地球的历史中，很多数据表明，地球在距今6到8亿年间，冰积岩大多沉积在中、低纬度附近，换句话说，也就是赤道和赤道附近，也是陆地主要分布的区域。这方面的资料得出这个结论：广泛的寒冷气候发生在地球的赤道及其附近区域。
地球膨裂说认为，虽然生命在38亿年前形成，但因为地球逐渐变冷，直到8亿年前的“雪球地球”时期的零下50度，冰层12000米厚，物种的进化速度非常缓慢。
“雪球”为什么解冻，变成现在这样的地球，地球膨裂说认为，8亿年前，由于地球内部的放射性物质不断衰变放出热量，使地球发生较大膨裂，造成大量岩浆喷出地壳，使地球的气温急聚升高，冰川溶化，冰臼就是在这一时期形成的。地球气温从震旦纪（8亿年前）的摄氏零下50度，上升到现在的最高温度摄氏58度，8亿年上升了108度，地球的气温平均每1千万年自然升高1.35摄氏度。
地球膨裂说认为，8亿年前地球的气温急聚升高，非常适合生物繁衍，进化速度急聚增加，所以发生了寒武纪生命大爆发。
作者：赖柏林

寒武纪生命大爆发是怎么回事？

生命是宇宙中的奇迹，迄今为止，只有我们地球上有生命的存在，那么现在地球上的形形色色的生命是怎么来的呢？为了解释这个问题，在19世纪中叶，达尔文提出了著名的进化论，他指出当今地球上包括人类在内的所有的生命，都是由地球上最原始的生命，在漫长的进化史中，通过大量的细微而渐进的变化逐渐演化而成。虽然进化论在提出之后遭到了很多质疑，但是随着时间的推移，人们发现进化论可以很好地解释我们所观察到的很多生命现象，同时又有众多的化石证据能够印证进化论的观点，于是进化论逐渐被越来越多的人认同。时至今日，在经过长时间的发展和完善之后，进化论早已成为了科学界的主流观点。然而并不是所有的化石证据都完美地支持进化论，事实上，发生在5亿多年前的“寒武纪生命大爆发”就被人们称为是进化论的“软肋”。寒武纪开始于大约5.42亿年前，总共持续了大约5800万年的时间，化石证据表明，在寒武纪前期的大约2000万年的时间里，地球上突然出现了大量物种。在这段时间里，大量的腕足、海绵、节肢、蠕形、脊索动物纷纷在地球上出现，其生物门类高达50余个，相比之下，现在地球上生物门类却只有30多个，而其中大约90%的门类都可以在“寒武纪生命大爆发”中找到。数量如此众多的物种在短短的2000万年时间里集体出现在地球上（相对于地球生命的进化史），这似乎很难用进化论来进行解释，因为根据进化论的观点，生命的进化是一个缓慢而连续的过程，是不可能突然出现这么多的物种的，所以说“寒武纪生命大爆发”就成了地球生命进化史的未解之谜。进化论的“软肋”：5亿多年前，地球上为何会突然出现大量物种？虽然达尔文本人也对此感到困惑不已，甚至认为这可能会成为反对进化论的有力证据，但是他还是对此给出了自己的解释，他推测这些物种应该是由更早的物种逐渐演化而成，这些物种的祖先早就已经在地球上广泛存在，只是因为它们大多是小型软体类动物，很难在地质层中留下化石，所以现在的我们才没有找到相应的化石证据。遗憾的是，后来科学家在前寒武纪化石沉积层中发现了大量的原核生物化石，所以达尔文的这种解释就显得有点尴尬了。那么又应该如何解释这个进化论的“软肋”呢？对此科学家们提出了多种猜测，下面我们来简单了解一下目前认同度比较高的一种（注意，这只是一种猜测，并不是确定的结论）。尽管早在30多亿年前，地球上就出现了能够通过光合作用生产氧气的蓝细菌，但一来它们的数量不多，二来当时地球上存在着很多吸收氧气的机制，例如在海洋中大量存在的二价铁离子就可以有效地吸收氧气，因此在很长的一段时间里，地球大气和水体中的含氧量都很低，很显然，这并不适合多细胞生物的多样化，因为多细胞生物的多样化需要足够多的氧气。直到大约18亿年前，地球上氧气的“生产量”才真正地超过了“消耗量”，地球大气和水体中的含氧量开始逐渐增加，随着这个过程的持续，当其突破一个临界值的时候，地球上的物种就开始出现了多样化。然而在7.5亿年前到5.8亿年前，地球上又经历了一次非常严重的冰河时代——瓦兰吉尔期，进而导致了一次规模不小的物种灭绝事件，地球上物种的进化也因此而停滞。到了5亿多年前的寒武纪前期，地球开始迅速回暖，再加充足的氧气供应，这无疑给当时的生命创造了非常适宜的环境，于是在经历了极端寒冷的冰河时代之后，地球上的生命开始了“狂欢派对”，在接下来的大约2000万年时间里，它们就演化出了为数众多的物种。