寒武纪为什么会突然的发生生物物种大爆发?

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寒武纪生命大爆发至今仍被称为古生物学和地质学上的一大悬案,当地球进入寒武纪时,生命物种忽然间就繁盛了起来,从5亿3000万年前开始,大约在2000多万年时间内,门类众多的节肢、腕足、蠕形、海绵、脊索动物等无脊椎动物化石突然出现,但在早期更为古老的地层中,却至今没有找到其祖先化石。因此这段时期内突然出现的生命物种现象,就被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”,又简称“寒武爆发”。



寒武纪生命大爆发在地层中有着充分的证据证明,我国云南澄江生物化石群,加拿大布尔吉斯生物化石群和凯里生物化石群,共同构成了世界三大寒武纪页岩型生物化石群(近期发掘的我国湖北宜昌长阳地区的清江生物化石群也属于寒武纪生物群)。它们栩栩如生地再现了远古海洋生命的壮丽景观和现生动物的原始特征,以丰富的生物学信息为“寒武纪大爆发”研究提供了直接证据。比如我国云南澄江生物群化石共120余种,分属海绵动物、腔肠动物、腕足动物、鳃曳动物、叶足动物、软体动物、节肢动物、棘皮动物、脊索动物等十多个动物门,另外还有一些分类位置不明的奇异类群和多种共生的海藻。



这些化石群奇迹般地完好保存了诸多生命物种的矿化骨骼,还保存了大量软体组织印痕,如:表皮、触手、纤毛、眼睛、肠、胃、消化腺、口腔和神经等,甚至有的动物消化道里的食物仍可辨认。生物学家们对这些动物化石群的不断挖掘和深入系统研究,探索了无脊椎动物中节肢、螯肢和甲壳等动物的起源,证实了现生动物门和亚门以及复杂生态体系起源于寒武纪早期,挑战了自下而上倒锥形进化理论模型,为自上而下的爆发式理论模型提供了化石证据。






那么为什么到了寒武纪初期,地球生命物种会突然出现爆发现象呢?其实本文的开头就说了,这至今是一大悬案,也就是说这个谜题到今天还没有解开,但是生物学家们已经提出了种种假说,比如我国考古生物学领域的陈均远研究员提出的寒武纪生物突变具有极明显的自发性进化行为的设想,该假说认为寒武纪早期生命物种突然遇到了极其适宜生存的时期,地球的温度、湿度、气候、含氧量等都非常适合生命物种生存,因此在不同的生态环境中,生命物种也向着不同的形态特征进化发展,门类开始复杂多样,因此呈现了生命物种大爆发的现象。



此外还有多种假说,也有人认为和某个天体撞击地球赤道地区造成的环境变化有关。其实这一现象在达尔文的《物种起源》中就提到了,并且他认为这一事实会被用做反对其进化论的证据。但他以及其他的生物学家们仍然认为,虽然寒武纪生命物种呈现大爆发的现象,但是这些生命物种的祖先仍然是前寒武纪生物。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,比较大的可能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。






传统和经典的生物学理论仍然认为: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,寒武纪生命大爆发事件并不足以挑战这一进化论思想。


人类的方向


寒武纪的生物大爆发一直是地质学和古生物学的一大谜题,有学者猜测是因为地球上氧含量剧增,或者这只是地质学上的假象。



5.42亿年~5.3亿年前是地质学上的寒武纪时代,又称为显生宙时代。考古学家在这段时期中发现了种类繁多的无脊椎动物化石,在此前更古老的地质结构中并未发现显著的先祖化石,因此被称为“寒武纪生物大爆发”(寒武爆发)。


“寒武纪生物大爆发”也是达尔文困惑不解的难题之一。我们现在来探讨一下这2000万年的寒武爆发的原因。

科学家们和达尔文都对这个2000万年之久的寒武爆发的原因苦思不解,因为在达尔文的进化论中,生物进化是自然的选择和遗传变异的推进下从简易到复杂,从低级到高级长期的演化而来,而寒武爆发却像是突发性的,这跟进化论显然严重不符。

生物学家和地质学家都在试图揭开这个谜面,提出了各种假说:

  1. 寒武爆发让进化论受到了挑战,甚至有人因此质疑进化论。认为达尔文的进化论存在严重漏洞,生物其实可以在某种作用下,实现快速演化,导致生物多样性的演变可能是氧含量急剧上升、臭氧层的形成、hox基因片段的出现、生物的有性繁殖…这些地球环境的大改变使寒武纪的生物得到了充分的演变。
  2. 寒武爆发是个假象,如无脊椎动物。因为发现了寒武纪化石沉积层中有可观的象细菌和蓝藻等简单原核生物,为寒武纪前已有同样的生物提供了证据,因为蓝藻类的原核生物是地球充满氧气的大功臣。学家们没有发现的原因只是此前的地质特性与动物的形态不利于化石形成而保存下来。其实这些生物在寒武纪前都已出现,只是在寒武纪得到稳定持续增长,并不是我们想的突然就有的。


可这些都没有足够的化石证据来验证,各学派也各执一词,谁也不能说服谁。相信在科学家的不断努力下,寒武爆发的真相会呈现在人们面前。

科学的魅力之处就是在不断探索中,让真理越靠近。


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寒武纪大爆发指的是大约5.42亿年前突然出现的大多数具有矿化骨骼遗骸的复杂身体设计的动物化石记录的出现,这些新化石出现的时间间隔不超过2000万年。这次物种大爆发特别引人注目,导致了大多数现代后生动物门的分化,所有主要动物的身体构造(例如软体动物门和脊索动物门)都在这段时间内出现并多样化,永远地改变着生物圈。在寒武纪大爆发前大多数生物都很简单,由单个细胞组成,偶尔也会形成群落。

寒武纪大爆发没有挑战进化论核心论点

在进化的时间尺度上,这2000万年是一个快速的爆发,似乎与进化变化的渐进步伐不一致,然而,像这样的快速变化出现在化石记录时,往往是在大灭绝之后。有些科学家认为寒武纪大爆发只是正常的进化转变,众所周知,化石记录是不完整的,特别是对于小型和软体动物。寒武纪大爆发生物体构造迅速多样化的部分原因是骨骼的进化出现,骨骼能更容易地变成化石。许多早期寒武纪动物具有某种类型的硬矿化结构如刺、针状体、板等。此外,寒武纪大爆发期间,海洋环境和化学成分发生了重大变化,这可能也影响了软体动物骨骼矿化的形成。

其它可能引发寒武纪大爆发的原因

剧烈的环境变化被认为是大爆发的起因,有几种不同的理论解释环境变化,包括失控冰川理论,该理论认为冰川短暂地覆盖了地球的大部分地区,因此大部分生物栖息地的丧失造成更大的选择压力导致进化可以更快进行。

另一种理论认为,大气中氧气的变化导致了物种进化的突然爆发,大约在这个时候,空气中氧气大量增加,刺激了物种快速的进化进程。

另一种观点认为,海底环境发生较大变化,从前寒武纪晚期藻类覆盖着海底到后来寒武纪形成柔软泥泞的海底,造成很大生态影响促进了寒武纪大爆发。


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实际上我们地球在40亿年前的太古宙的时候就已经出现了细菌和藻类,在25亿年左右的元古宙细菌和藻类得到了大量的繁殖,为未来生物的爆发奠定了基础。当5.7亿年的寒武纪到来的时候,不光是蓝藻和单细胞生物泛滥,而且无脊椎动物也已经进化到了一定的程度。现在人们说是在寒武纪到来的时候发生了生物大爆发,其实它们都已经进化了好几十亿年,只不过是在显生宙的地质化石中发现的多了一些而已。


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大爆发、大灭绝等词都是古生物学家臆测出来的,不严谨也不符合生物进化规律。

很多古生物学家对生物的系统进化缺乏认识,仅凭化石证据就作出各种假设和推断。化石的形成前提大多数情况下需要地质运动,如果没有地质运动几乎很难形成化石。

生物的进化是缓慢的长期的过程,绝非一朝一夕;生物的进化需要压力,没有压力何来进化。


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目前有两个观点,一个是假象,寒武纪物种并没有大爆发只是发现的化石比较多。另外一个是,有性生殖的出现促进了物种的行成


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