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寒武纪生命大爆发:生物学纪事

【摘要】:寒武纪生命大爆发1965年,两位美国物理学家提出地球大气的氧水平这个物理因素造成了寒武爆发。寒武爆发的原因之一是由于有性生殖提供了遗传变异,从而有可能进一步增加了生物的多样性。古蝈虫寒武纪生命大爆发,作为生物史上的第二大悬案一直被人们所关注,自达尔文以来就一直困扰着进化论等学术界。

寒武纪生命大爆发 生物学上的悬案

寒武纪是地质年代划分中属显生宙古生代的第一个纪,距今约5.7亿~5.1亿年,寒武纪是现代生物的开始阶段,是地球上现代生命开始出现和发展的时期。那么,为什么生物会在那个时期出现,而不是在其他的时期呢?.

大约六亿年前,在地质学上称做寒武纪的开始,绝大多数无脊椎动物包括节肢动物、软体动物、腕足动物和环节动物等出现在几百万年的很短的时间内。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,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,被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”,简称“寒武爆发”。

寒武爆发吸引了无数的进化论者和古生物学家去寻找证据探讨其起因。一百多年以来,科学家致力于从生态环境物理环境的变化两个方面来解释这一现象。

寒武纪生命大爆发

1965年,两位美国物理学家提出地球大气的氧水平这个物理因素造成了寒武爆发。后生动物生存需要大量的氧,一方面用于呼吸作用,另一方面氧还以臭氧的形式在大气中吸收大量有害的紫外线,使后生动物免于有害辐射的损伤。科学家们认为,在早期地球的大气中基本没有或含有级少自由氧,氧是前寒武纪藻类植物光合作用的产物并逐渐积累形成的。

寒武纪生物模型

生物学家则从生物本身的生态关系来探讨这一问题。大约在距今10亿~20亿年之间,广泛沉积层中含有大量严重氧化的岩石,这说明在那一时期内已经存在足够爆发生命的氧条件。因而生物学家从有性生殖的产生和生物收割者的出现这两个重要事件来探索造成寒武爆发的原因。

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。寒武爆发的原因之一是由于有性生殖提供了遗传变异,从而有可能进一步增加了生物的多样性。

生物收割者假说是一种解释寒武爆发的生态学理论,这是美国生态学家斯坦利提出的。他认为,海洋在前寒武纪的25亿年的多数时间里是一个以原核蓝藻这样简单的初级生产者所组成的生态系统。这种种类少但数量大的生物群落顽强地占据着物理空间,所以它的进化非常缓慢,从未有过丰富的多样性。

寒武爆发的关键是草食收割者的出现和进化,即以原核细胞蓝藻为食物的原生动物的出现和进化。收割者制造了空间为生产者有更大的多样性提供了条件,而这种生产者多样性的增加又导致了更特异的收割者的进化。较底层次的生产者增加了许多新物种,丰富了物种多样性;顶端的“收割者”又增加了新的成员,丰富了营养级的多样性。营养级金字塔按两个方向迅速发展,从而使得整个生态系统的生物多样性不断丰富,最终导致产生了的寒武纪生命大爆发。(www.chuimin.cn)

寒武纪生命化石

云南鱼

微网虫

我国云南的澄江动物群是寒武爆发的典型代表,被称为20世纪最惊人的科学发现之一。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,距今约5.7亿年。这个化石群内容十分丰富,为研究早期无脊椎动物的形态结构、生活方式和生态环境等提供了极好的材料,同时也成为了探索地球上带壳后生动物爆发事件的重要窗口。

古蝈虫

寒武纪生命大爆发,作为生物史上的第二大悬案一直被人们所关注,自达尔文以来就一直困扰着进化论等学术界。随着化石的不断发现及新理论的建立,这一谜团最终将大白于天下。

海绵动物

那罗虫

埃迪卡拉动物群事

1947年,在澳大利亚中南部地区的庞德砂岩层中,人们发现埃迪卡拉动物群。最初人们未能确定这一动物群的时代,后来终于确定为距今6.7亿年的前寒武纪。埃迪卡拉动物群包含3个门,19个属,24种低等无脊椎动物。3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。埃迪卡拉动物群的形态、结构都很原始,多保存为印痕化石,被认为是20世纪古生物学最重大的发现之一。