古生物学和地质学上的一大悬案

——寒武纪生物大爆发

作者：翟吉璇/中科院地质与地球物理研究所

达尔文生物进化论竟然无从下手，该怎么办？

虽然地球生命的雏形可追溯到40亿年前，但前35亿年都消磨在了单细胞这样的低等生命上，直到5.3亿年前神奇的“寒武纪大爆发”，地球在2000多万年时间内出现了突然涌现出各种各样的动物，它们不约而同的迅速起源、进化繁衍，一系列与现代动物形态基本相同的动物在地球上来了个“集体亮相”，形成了多种门类动物同时存在的繁荣景象。

而在早期更为古老的地层中，长期以来没有找到其明显的祖先化石的现象，这也就成为了古生物学和地质学上的一大悬案。而当达尔文于1859年完成《物种起源》的时候，对寒武纪生物大爆发这一奇怪的现象也仍然无从解释。

如果把地球46亿年的历史压缩成一天，最早的生命可能出现在凌晨4点，而人类直到最后1分多钟才出现。

解谜的关键——云南澄江生物群

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生物群，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。

澄江动物群化石发现点

三叶虫

纳罗虫

奇虾

微网虫

到底是什么原因导致了寒武纪生命大爆发？

前寒武纪化石资料表明，真核藻类至少在距今12亿年前就出现了有性生殖现象。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，它加速了遗传变异性，大大增加了生物的多样性。

其次，寒武纪之初，地球大气的氧气水平达到一定的临界点，不仅使后生动物得到了用于呼吸作用所需要的氧，而且使动物的机能和器官得以充分发育，出现了口器、眼睛、触手、脊索等。同时臭氧在大气中吸收大量有害的紫外线，使得后生动物免于有害辐射的损伤。

再如，寒武纪大爆发的关键是动物“收割者”的出现和进化，即食用原核细胞（蓝藻）的原始动物的出现和进化。“收割者”为生产者有更丰富的多样性制造了空间，而这种生产者多样性的增加导致了更特异的“收割者”的进化。

这一时期，营养级金字塔按两个方向迅速发展：较低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。