寒武纪大爆发
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寒武纪大爆发(亦称寒武纪生命大爆发,Cambrian Explosion),是相对短时期的进化事件,开始于距今5.41亿年前的寒武纪时期,化石记录显示绝大多数的动物“门”都在这一时期出现了[1][2]。它持续了2千万年[3][4]-2.5千万年[5][6],它导致了大多数现代动物门的发散。 因出现大量的较高等生物以及物种多样性,于是,这一情形被形象地称为生命大爆发。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,例如在加拿大的伯吉斯页岩,和在中国的帽天山页岩(澄江化石地),清江生物群等。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。
寒武纪大爆发的事实证据也曾让达尔文非常困惑,在《物种起源》中写道:“这件事情到现在为止都还没办法解释。所以,或许有些人刚好就可以用这个案例,来驳斥我提出的进化观点”。但即使到达尔文死后一百多年的今日,寒武纪大爆发依旧是科学界的一大谜题,尚待更多的科学证据出土,也许就能窥见当时的实际情况,找出真正的原因。
寒武纪化石
寒武纪年代约为5.4亿~4.8亿年前,此时的生物化石大多具有较为坚硬的外壳,让化石得以保存下来。
寒武纪进化出的生物
寒武纪进化出了世界上绝大部分现存的20多个动物门,也生活着具有坚硬外壳的生物,例如奇虾和三叶虫,此事件被称为寒武纪大爆发或寒武纪生命大爆发,此时也进化出两侧对称动物
前寒武纪生命
叠层石
叠层石是由一些微生物,尤其是蓝菌所黏结堆砌并石化而成的构造。叠层石在元古宙非常兴盛,但在新元古代晚期数量开始衰减,被认为是以这些微生物为食的后生动物破坏了叠层石。[7]现今的叠层石也通常出现于盐湖等缺少动物觅食的极端环境。
疑源类
疑源类是一类具有有机细胞壁的微生物化石,很可能是多种具有不同亲缘关系的生物所组成的集合,可能包括藻类、植物的孢子、原生生物的囊孢甚至是动物的卵。疑源类最早可能在18亿年前的古元古代出现,并在新元古代快速分化,其数量、多样性、大小、形状的复杂性都大幅增加。但在新元古代末期,疑源类可能经历了一次大灭绝。泥盆纪后期灭绝事件后,疑源类的种类和数量就一直处于很低的状态。
陡山沱组化石
洞穴
埃迪卡拉生物
埃迪卡拉生物群是一群生活在埃迪卡拉纪的生物,是目前已知最早的进化辐射事件,被称为阿瓦隆大爆发。埃迪卡拉生物大多不会移动,可能以滤食浮游生物或觅食微生物席为生,没有坚硬的骨骼,而是以静水骨骼支撑身体。这些生物多于埃迪卡拉纪末期灭绝事件中灭绝,为寒武纪大爆发空出了生态位。
贝克泉白云石
埃迪卡拉纪——寒武纪早期骨骼化
寒武纪生命
微量化石
痕迹化石(洞穴等)是周围生命的可靠指标,并表明寒武纪开始时生命的多样化,动物在淡水领域的殖民速度几乎与海洋一样快[8]。
小壳动物群
世界上许多地方都发现了被称为“小壳动物群”的化石,其历史可以追溯到寒武纪之前到寒武纪开始后约1000 万年(内马基特-达尔丁纪(Nemakit-Daldynian)和寒武纪第二期;参见寒武纪时间线)。 这些化石集合非常复杂:脊椎、骨片(装甲片)、管子、古杯动物(海绵状动物),以及非常像腕足动物门和蜗牛状软体动物的小贝壳,但都很小,大多为1 至2毫米长[9]。
虽然这些化石很小,但比产生它们的生物的完整化石要常见得多。 至关重要的是,它们覆盖了从寒武纪开始到第一个化石库(lagerstätten)的窗口:这是一个缺乏化石的时期。 因此,它们补充了传统的化石记录,并使得许多生物类群的化石范围得以扩展。
早寒武世三叶虫和棘皮动物
伯吉斯页岩型保存
早寒武纪甲壳类动物
阶段
有效性
作为幸存者偏差的寒武纪大爆发
可能的原因
环境变化
氧气含量增加
臭氧形成
雪球地球
寒武纪海水钙浓度增加
发展解释
生态解释
埃迪卡拉纪末大灭绝
缺氧
眼睛的进化
掠食者和猎物之间的竞争
浮游动物的大小和多样性增加
生态系统工程
复杂度阈值
针对寒武纪大爆发,学界曾经提出过几种假设:
- 地球在寒武纪之后才出现足以保存化石的稳定岩层,而前寒武纪的沉积物毁于地热和压力无法形成化石。
- 动物到了寒武纪才进化出能够形成化石的坚硬躯体。
- 大气中累积足够的氧气量,足以使大量动物短时间进化,并且形成臭氧层隔离紫外光。
- 某些进化出眼晴的掠食性动物侵入物种稳定平衡的地区,减少原先占优势的寡占物种,释放生态栖位给其余物种,并由于捕食-被捕食的竞争关系中促进大量物种歧异度的增加跟进化。
- 大爆发只是个假象,寒武纪初期生物的多样性产生只是类似种群生长曲线,S形曲线中的快速上升段。
近年来研究认为,寒武纪大爆发跟埃迪卡拉纪末期灭绝事件有关:该次灭绝事件结束了隐生宙,为多细胞生命在显生宙的发展铺平了道路。
寒武纪早期生物多样性的独特性
参见
参考资料
- ^ Maloof, A. C.; Porter, S. M.; Moore, J. L.; Dudas, F. O.; Bowring, S. A.; Higgins, J. A.; Fike, D. A.; Eddy, M. P. The earliest Cambrian record of animals and ocean geochemical change. Geological Society of America Bulletin. 2010, 122 (11–12): 1731–1774 [2015-11-27]. Bibcode:2010GSAB..122.1731M. doi:10.1130/B30346.1. (原始内容存档于2017-06-17).
- ^ New Timeline for Appearances of Skeletal Animals in Fossil Record Developed by UCSB Researchers. The Regents of the University of California. 10 November 2010 [1 September 2014]. (原始内容存档于2014-09-03).
- ^ Valentine, JW; Jablonski, D; Erwin, DH. Fossils, molecules and embryos: new perspectives on the Cambrian explosion. Development. 1999, 126 (5): 851–9 [2015-11-27]. PMID 9927587. (原始内容存档于2021-02-25).
- ^ Budd, Graham. At the origin of animals: the revolutionary cambrian fossil record. Current Genomics. 2013, 14 (6): 344–354. PMC 3861885 . PMID 24396267. doi:10.2174/13892029113149990011.
- ^ Erwin, D. H.; Laflamme, M.; Tweedt, S. M.; Sperling, E. A.; Pisani, D.; Peterson, K. J. The Cambrian conundrum: early divergence and later ecological success in the early history of animals. Science. 2011, 334: 1091–1097. Bibcode:2011Sci...334.1091E. PMID 22116879. doi:10.1126/science.1206375.
- ^ Kouchinsky, A., Bengtson, S., Runnegar, B. N., Skovsted, C. B., Steiner, M. & Vendrasco, M. J. 2012. Chronology of early Cambrian biomineralization. Geological Magazine, 149, 221–251.
- ^ Shanan E. Peters; Jon M. Husson; Julia Wilcots. The rise and fall of stromatolites in shallow marine environments (PDF). Geological Society of America. 2017.
- ^ Kennedy, M. J.; Droser, M. L. Early Cambrian metazoans in fluvial environments, evidence of the non-marine Cambrian radiation. Geology. 2011, 39 (6): 583–586. Bibcode:2011Geo....39..583K. doi:10.1130/G32002.1.
- ^ Matthews, S.C.; Missarzhevsky, V.V. Small shelly fossils of late Precambrian and early Cambrian age: a review of recent work. Journal of the Geological Society. 1975-06-01, 131 (3): 289–303. Bibcode:1975JGSoc.131..289M. S2CID 140660306. doi:10.1144/gsjgs.131.3.0289.
参考书目
- 派克 著. 《第一隻眼的誕生:透視寒武紀大爆發的祕密》. 陈美君 中译. 猫头鹰出版. 2010.
- 史蒂芬·古尔德 著. 《達爾文大震撼:課本學不到的生命史》. 程树德 中译. 天下远见出版. 2009.
外部链接
- The Cambrian "explosion" of metazoans and molecular biology: would Darwin be satisfied?
- On embryos and ancestors by Stephen Jay Gould
- The Cambrian "explosion": Slow-fuse or megatonnage? (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- The Cambrian Explosion(页面存档备份,存于互联网档案馆) - In Our Time, BBC Radio 4 broadcast, 17 February 2005
- 寒武纪:生命大爆炸 (页面存档备份,存于互联网档案馆)