古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)上的一大懸案

——寒武紀(jì)生物大爆發(fā)

作者：翟吉璇/中科院地質(zhì)與地球物理研究所

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(xì)胞這樣的低等生命上，直到5.3億年前神奇的“寒武紀(jì)大爆發(fā)”，地球在2000多萬(wàn)年時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了突然涌現(xiàn)出各種各樣的動(dòng)物，它們不約而同的迅速起源、進(jìn)化繁衍，一系列與現(xiàn)代動(dòng)物形態(tài)基本相同的動(dòng)物在地球上來了個(gè)“集體亮相”，形成了多種門類動(dòng)物同時(shí)存在的繁榮景象。

而在早期更為古老的地層中，長(zhǎng)期以來沒有找到其明顯的祖先化石的現(xiàn)象，這也就成為了古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)上的一大懸案。而當(dāng)達(dá)爾文于1859年完成《物種起源》的時(shí)候，對(duì)寒武紀(jì)生物大爆發(fā)這一奇怪的現(xiàn)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(xiàn)在凌晨4點(diǎn)，而人類直到最后1分多鐘才出現(xiàn)。

解謎的關(guān)鍵——云南澄江生物群

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)之一的我國(guó)云南澄江生物群，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(dòng)物群。該動(dòng)物群是我國(guó)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(gè)內(nèi)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(jié)肢動(dòng)物、金臂蟲、蠕形動(dòng)物、海綿動(dòng)物、內(nèi)肛動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、無絞綱腕足動(dòng)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(dòng)物或半索動(dòng)物(如著名的云南蟲)等。

由于許多動(dòng)物的軟組織保存完好，為研究早期無脊椎動(dòng)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(shí)也成為了探索地球上大殼后生動(dòng)物爆發(fā)事件的重要窗口。

澄江動(dòng)物群化石發(fā)現(xiàn)點(diǎn)

三葉蟲

納羅蟲

奇蝦

微網(wǎng)蟲

到底是什么原因?qū)е铝撕浼o(jì)生命大爆發(fā)？

前寒武紀(jì)化石資料表明，真核藻類至少在距今12億年前就出現(xiàn)了有性生殖現(xiàn)象。有性生殖的發(fā)生在整個(gè)生物界的進(jìn)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(jì)之初，地球大氣的氧氣水平達(dá)到一定的臨界點(diǎn)，不僅使后生動(dòng)物得到了用于呼吸作用所需要的氧，而且使動(dòng)物的機(jī)能和器官得以充分發(fā)育，出現(xiàn)了口器、眼睛、觸手、脊索等。同時(shí)臭氧在大氣中吸收大量有害的紫外線，使得后生動(dòng)物免于有害輻射的損傷。

再如，寒武紀(jì)大爆發(fā)的關(guān)鍵是動(dòng)物“收割者”的出現(xiàn)和進(jìn)化，即食用原核細(xì)胞（藍(lán)藻）的原始動(dòng)物的出現(xiàn)和進(jìn)化?！笆崭钫摺睘樯a(chǎn)者有更豐富的多樣性制造了空間，而這種生產(chǎn)者多樣性的增加導(dǎo)致了更特異的“收割者”的進(jìn)化。

這一時(shí)期，營(yíng)養(yǎng)級(jí)金字塔按兩個(gè)方向迅速發(fā)展：較低層次的生產(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(yíng)養(yǎng)級(jí)的多樣性。從而使得整個(gè)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)。