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  • 寒武纪生命大爆炸

    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。

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    中文学名: 寒武纪生命大爆炸

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    简介/寒武纪生命大爆炸 编辑

    寒武纪生命大爆炸寒武纪生命大爆炸
    大约5~6亿年前,在地球学家称为寒武纪的开始之时,绝大多数无脊椎动物在几百万年的很短时间内出现了。

    起先是寒武纪初小壳化石的爆发性发展,继之被大型带壳动物取代。是什么原因使得早期寒武纪世界能够激发这样的生命“爆发”?长期以来这是古生物学研究中的一大难题。于是,这一情形被形象地称为生命大爆炸,也称为寒武纪生命大爆炸

    这也是显生宙的开始。在世界各地发现的化石群共同印证了这一生命进化史上的壮观景象,例如伯吉斯页岩。在中国云南省澄江县发现的这一时期的化石群相当典型,非常多的不同种类的生物几乎同时在这一时期出现。

    起源/寒武纪生命大爆炸 编辑

    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

    (图)寒武纪生命大爆发——水母化石寒武纪生命大爆发——水母化石

    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

    (图)寒武纪生命大爆发——生物化石寒武纪生命大爆发——生物化石

    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。 

    代表/寒武纪生命大爆炸 编辑

    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

    (图)云南澄江化石群分布图云南澄江化石群分布图

    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。

    意义/寒武纪生命大爆炸 编辑

    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

    (图)澄江化石群发掘现场澄江化石群发掘现场

    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。

    历史/寒武纪生命大爆炸 编辑

    有关“寒武纪生命大爆炸”的线索几乎都来自于加拿大西北部的布尔吉斯山(Burgess)。1909年,一个偶然的机会,人们在那里发现了距今约5.15亿年前的大量古生物化石。在布尔吉斯动物群中,已经出现了多种多样的动物门类。1984年,中国学者在昆明澄江县抚仙湖发现的澄江化石动物群也是这一地质历史时期的浅海生物群落。所不同的是,澄江动物群出现的时代更早,种类更加丰富,形态更为复杂。澄江动物群的发现将“寒武纪生命大爆炸”开始的年代追朔到了更早的5.3亿年前。

    长期以来,古生物学家一直都很困惑,为什么地球用了近30亿年的时间才完善了细胞的结构,但在短短的上千万年甚至几百万年就演化出了此复杂、多样的多细胞生物?是什么原因使得寒武纪的世界能够激发这样的生命爆发呢?

    古生物学家为此做出大量的努力,认为多种多样的寒武纪动物的出现,或许是因为当时大气中积累了足够的有利于呼吸作用的氧,而且由于“超级大陆”的解体,大陆被海洋分割成大大小小的碎块,陆地的分散造就了很多靠近大陆的浅海区域产生,从而有利于后生动物生存。海洋化学物质的变化积累了大量的磷酸盐,使得软体动物有可能演化出保护性的骨骼;生态学理论及其相互捕食关系的理论对此也作出了解释。这种全球环境的变化,使寒武纪生命大爆炸成为可能。

    悬案/寒武纪生命大爆炸 编辑

    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。

     

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