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寒武紀生命大爆發至今仍被稱為古生物學和地質學上的一大懸案,當地球進入寒武紀時,生命物種忽然間就繁盛了起來,從5億3000萬年前開始,大約在2000多萬年時間內,門類眾多的節肢、腕足、蠕形、海綿、脊索動物等無脊椎動物化石突然出現,但在早期更為古老的地層中,卻至今沒有找到其祖先化石。因此這段時期內突然出現的生命物種現象,就被古生物學家稱作“寒武紀生命大爆發”,又簡稱“寒武爆發”。
寒武紀生命大爆發在地層中有著充分的證據證明,我國雲南澄江生物化石群,加拿大布爾吉斯生物化石群和凱里生物化石群,共同構成了世界三大寒武紀頁岩型生物化石群(近期發掘的我國湖北宜昌長陽地區的清江生物化石群也屬於寒武紀生物群)。它們栩栩如生地再現了遠古海洋生命的壯麗景觀和現生動物的原始特徵,以豐富的生物學信息為“寒武紀大爆發”研究提供了直接證據。比如我國雲南澄江生物群化石共120餘種,分屬海綿動物、腔腸動物、腕足動物、鰓曳動物、葉足動物、軟體動物、節肢動物、棘皮動物、脊索動物等十多個動物門,另外還有一些分類位置不明的奇異類群和多種共生的海藻。
這些化石群奇蹟般地完好保存了諸多生命物種的礦化骨骼,還保存了大量軟體組織印痕,如:表皮、觸手、纖毛、眼睛、腸、胃、消化腺、口腔和神經等,甚至有的動物消化道里的食物仍可辨認。生物學家們對這些動物化石群的不斷挖掘和深入系統研究,探索了無脊椎動物中節肢、螯肢和甲殼等動物的起源,證實了現生動物門和亞門以及複雜生態體系起源於寒武紀早期,挑戰了自下而上倒錐形進化理論模型,為自上而下的爆發式理論模型提供了化石證據。
那麼為什麼到了寒武紀初期,地球生命物種會突然出現爆發現象呢?其實本文的開頭就說了,這至今是一大懸案,也就是說這個謎題到今天還沒有解開,但是生物學家們已經提出了種種假說,比如我國考古生物學領域的陳均遠研究員提出的寒武紀生物突變具有極明顯的自發性進化行為的設想,該假說認為寒武紀早期生命物種突然遇到了極其適宜生存的時期,地球的溫度、溼度、氣候、含氧量等都非常適合生命物種生存,因此在不同的生態環境中,生命物種也向著不同的形態特徵進化發展,門類開始複雜多樣,因此呈現了生命物種大爆發的現象。
此外還有多種假說,也有人認為和某個天體撞擊地球赤道地區造成的環境變化有關。其實這一現象在達爾文的《物種起源》中就提到了,並且他認為這一事實會被用做反對其進化論的證據。但他以及其他的生物學家們仍然認為,雖然寒武紀生命物種呈現大爆發的現象,但是這些生命物種的祖先仍然是前寒武紀生物。寒武紀動物化石出現的“突然性”和前寒武紀動物化石的缺乏,比較大的可能是由於地質記錄的不完全或是由於老地層淹沒在海洋中的緣故。
傳統和經典的生物學理論仍然認為:生物進化經歷了從水生到陸地、從簡單到複雜、從低級到高級的漫長的演變過程,這一過程是通過自然選擇和遺傳變異兩個車輪的緩慢滾動逐漸實現的,寒武紀生命大爆發事件並不足以挑戰這一進化論思想。
人類的方向
寒武紀的生物大爆發一直是地質學和古生物學的一大謎題,有學者猜測是因為地球上氧含量劇增,或者這只是地質學上的假象。
5.42億年~5.3億年前是地質學上的寒武紀時代,又稱為顯生宙時代。考古學家在這段時期中發現了種類繁多的無脊椎動物化石,在此前更古老的地質結構中並未發現顯著的先祖化石,因此被稱為“寒武紀生物大爆發”(寒武爆發)。
“寒武紀生物大爆發”也是達爾文困惑不解的難題之一。我們現在來探討一下這2000萬年的寒武爆發的原因。
科學家們和達爾文都對這個2000萬年之久的寒武爆發的原因苦思不解,因為在達爾文的進化論中,生物進化是自然的選擇和遺傳變異的推進下從簡易到複雜,從低級到高級長期的演化而來,而寒武爆發卻像是突發性的,這跟進化論顯然嚴重不符。
生物學家和地質學家都在試圖揭開這個謎面,提出了各種假說:
- 寒武爆發讓進化論受到了挑戰,甚至有人因此質疑進化論。認為達爾文的進化論存在嚴重漏洞,生物其實可以在某種作用下,實現快速演化,導致生物多樣性的演變可能是氧含量急劇上升、臭氧層的形成、hox基因片段的出現、生物的有性繁殖…這些地球環境的大改變使寒武紀的生物得到了充分的演變。
- 寒武爆發是個假象,如無脊椎動物。因為發現了寒武紀化石沉積層中有可觀的象細菌和藍藻等簡單原核生物,為寒武紀前已有同樣的生物提供了證據,因為藍藻類的原核生物是地球充滿氧氣的大功臣。學家們沒有發現的原因只是此前的地質特性與動物的形態不利於化石形成而保存下來。其實這些生物在寒武紀前都已出現,只是在寒武紀得到穩定持續增長,並不是我們想的突然就有的。
可這些都沒有足夠的化石證據來驗證,各學派也各執一詞,誰也不能說服誰。相信在科學家的不斷努力下,寒武爆發的真相會呈現在人們面前。
科學的魅力之處就是在不斷探索中,讓真理越靠近。
弄潮科學
寒武紀大爆發指的是大約5.42億年前突然出現的大多數具有礦化骨骼遺骸的複雜身體設計的動物化石記錄的出現,這些新化石出現的時間間隔不超過2000萬年。這次物種大爆發特別引人注目,導致了大多數現代後生動物門的分化,所有主要動物的身體構造(例如軟體動物門和脊索動物門)都在這段時間內出現並多樣化,永遠地改變著生物圈。在寒武紀大爆發前大多數生物都很簡單,由單個細胞組成,偶爾也會形成群落。
寒武紀大爆發沒有挑戰進化論核心論點
在進化的時間尺度上,這2000萬年是一個快速的爆發,似乎與進化變化的漸進步伐不一致,然而,像這樣的快速變化出現在化石記錄時,往往是在大滅絕之後。有些科學家認為寒武紀大爆發只是正常的進化轉變,眾所周知,化石記錄是不完整的,特別是對於小型和軟體動物。寒武紀大爆發生物體構造迅速多樣化的部分原因是骨骼的進化出現,骨骼能更容易地變成化石。許多早期寒武紀動物具有某種類型的硬礦化結構如刺、針狀體、板等。此外,寒武紀大爆發期間,海洋環境和化學成分發生了重大變化,這可能也影響了軟體動物骨骼礦化的形成。
其它可能引發寒武紀大爆發的原因
劇烈的環境變化被認為是大爆發的起因,有幾種不同的理論解釋環境變化,包括失控冰川理論,該理論認為冰川短暫地覆蓋了地球的大部分地區,因此大部分生物棲息地的喪失造成更大的選擇壓力導致進化可以更快進行。
另一種理論認為,大氣中氧氣的變化導致了物種進化的突然爆發,大約在這個時候,空氣中氧氣大量增加,刺激了物種快速的進化進程。
另一種觀點認為,海底環境發生較大變化,從前寒武紀晚期藻類覆蓋著海底到後來寒武紀形成柔軟泥濘的海底,造成很大生態影響促進了寒武紀大爆發。
科學閏土
實際上我們地球在40億年前的太古宙的時候就已經出現了細菌和藻類,在25億年左右的元古宙細菌和藻類得到了大量的繁殖,為未來生物的爆發奠定了基礎。當5.7億年的寒武紀到來的時候,不光是藍藻和單細胞生物氾濫,而且無脊椎動物也已經進化到了一定的程度。現在人們說是在寒武紀到來的時候發生了生物大爆發,其實它們都已經進化了好幾十億年,只不過是在顯生宙的地質化石中發現的多了一些而已。
子寅18
大爆發、大滅絕等詞都是古生物學家臆測出來的,不嚴謹也不符合生物進化規律。
很多古生物學家對生物的系統進化缺乏認識,僅憑化石證據就作出各種假設和推斷。化石的形成前提大多數情況下需要地質運動,如果沒有地質運動幾乎很難形成化石。
生物的進化是緩慢的長期的過程,絕非一朝一夕;生物的進化需要壓力,沒有壓力何來進化。
生物學達人
目前有兩個觀點,一個是假象,寒武紀物種並沒有大爆發只是發現的化石比較多。另外一個是,有性生殖的出現促進了物種的行成