寒武紀生命大爆炸

寒武紀生命大爆炸

被稱為古生物學和地質學上的一大懸案──寒武紀生命大爆發,自達爾文以來就一直困擾著進化論等學術界。大約6億年前,在地質學上稱做寒武紀的開始,絕大多數無脊椎動物門在幾百萬年的很短時間內出現了。這種幾乎是“同時”地、“突然”地出現在寒武紀地層中門類眾多的無脊椎動物化石(節肢動物、軟體動物、腕足動物和環節動物等),而在寒武紀之前更為古老的地層中長期以來卻找不到動物化石的現象,被古生物學家稱作“寒武紀生命大爆發”,簡稱“寒武爆發”。達爾文在其《物種起源》的著作中提到了這一事實,並大感迷惑。他認為這一事實會被用做反對其進化論的有力證據。但他同時解釋到,寒武紀的動物一定是來自前寒武紀動物的祖先,是經過很長時間的進化過程產生的;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,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。

基本信息

簡介

寒武紀生命大爆炸寒武紀生命大爆炸
大約5~6億年前,在地球學家稱為寒武紀的開始之時,絕大多數無脊椎動物在幾百萬年的很短時間內出現了。
起先是寒武紀初小殼化石的爆發性發展,繼之被大型帶殼動物取代。是什麼原因使得早期寒武紀世界能夠激發這樣的生命“爆發”?長期以來這是古生物學研究中的一大難題。於是,這一情形被形象地稱為生命大爆炸,也稱為寒武紀生命大爆炸
這也是顯生宙的開始。在世界各地發現的化石群共同印證了這一生命進化史上的壯觀景象,例如伯吉斯頁岩。在中國雲南省澂江縣發現的這一時期的化石群相當典型,非常多的不同種類的生物幾乎同時在這一時期出現。

起源

埃迪卡拉(Ediacaran)動物群是Sprigg於1947年在澳大利亞中南部Ediacara地區的龐德砂岩層中首先發現的。最初

(圖)寒武紀生命大爆發——水母化石寒武紀生命大爆發——水母化石

人們未能確定這一動物群的時代,後來終於確定為前寒武紀,年齡為6.7億年。埃迪卡拉動物群包含三個門,19個屬,24種低等無脊椎動物。三個門是:腔腸動物門,環節動物門和節肢動物門。水母有7屬9種;水螅綱有3屬3種;海鰓目(珊瑚綱)有3屬3種;缽水母2屬2種;多毛類環蟲2屬5種;節肢動物2屬2種。 多保存為印痕化石,儘管它們的形態、結構都很原始,但它們被認為是20 世紀古生物學最重大的發現之一。這一發現使科學界擯棄了長期以來認為在寒武紀之前不可能出現後生動物化石的傳統觀念。所謂後生動物即是指相對於原生動物的各種多細胞動物

艾迪卡拉動物群包含了多種形態奇特的動物化石:身體巨大而扁平、多呈橢圓形或條帶形,具有平滑的有機質膜,是人們迄今為止發現的最古老、最原始的化石,也是在太古代地層中發現的最有說服力的生物證據。按Seilacher的觀點,艾迪卡拉動物群可分為輻射狀生長、兩極生長和單極生長3種類型。除輻射狀生長的類型中可能有與腔腸動物有關係的類群外,其他兩類與寒武紀以後出現的生物門類無親源關係 。

儘管有關艾迪卡拉(型)動物群的性質還有許多爭議,但其奇怪的形態令許多學者相信,艾迪卡拉(型)動物群是後

(圖)寒武紀生命大爆發——生物化石寒武紀生命大爆發——生物化石

生動物出現後的第一次適應輻射,它們採取的不同於現代大多數動物採取的形體結構變化方式。不增加內部結構的複雜性,只改變軀體的基本形態,變得非常薄,成條帶狀或薄餅狀,使體內各部分充分接近外表面,在沒有內部器官的情況下進行呼吸和攝取營養。如現代大型寄生動物滌蟲現代大多數動物採取的是保持渾圓或球形的外部形態的同時,進化出複雜的內部器官來擴大相應的表面積(如消化道),從化石上可以看出,這些生物已具有了高度分化的組織和器官,說明它們已不是最原始的類型。它們代表了後生動物出現以後的第一次輻射演化因此,可以認為艾迪卡拉(型)動物群是在元古宙末期大氣氧含量較低的條件下後生動物大規模占領淺海的一次嘗試,結果失敗了,而導致絕滅。在後來的演化過程中,後生動物採取了第二種方式,使內部的器官複雜化和物種多樣化的發展,即生物系統演化。

代表

寒武爆發的典型代表是被稱為20世紀最驚人的科學發現之一的我國雲南澄江動物群,它是世界上目前所發現的最古老、保存最為完整的帶殼後生動物群。該動物群是我國青年古生物學家侯先光1984年在雲南澂江縣帽天山首先發現

(圖)雲南澄江化石群分布圖雲南澄江化石群分布圖

的。這是一個內容十分豐富、保存非常完美,距今約5.7億年的化石群,其成員包括水母狀生物、三葉蟲、具附肢的非三葉的節肢動物、金臂蟲、蠕形動物、海綿動物、內肛動物、環節動物、無絞綱腕足動物、軟舌螺類、開腔骨類,以及藻類等,甚至還有屬於低等脊索動物或半索動物(如著名的雲南蟲)等。由於許多動物的軟組織保存完好,為研究早期無脊椎動物的形態結構、生活方式、生態環境等提供了極好的材料,同時也成為了探索地球上大殼後生動物爆發事件的重要視窗。

意義

雲南澄江動物群的發現,使得我們對在前寒武紀晚期到寒武紀早期生命的進化發展有了較為清晰的認識。它在生物進化上的意義至少可以概括為兩點:
首先,該動物群的發現,再次證實了“生命大爆發”的存在,成為“寒武爆發”理論的重要支柱。同時,它還是聯繫

(圖)澄江化石群發掘現場澄江化石群發掘現場

前寒武紀晚期到寒武紀早期生命進化過程的重要環節。在該動物群被發現之前的本世紀內就有過兩次激動人心的古生物學發現。一次是1910年在北美發現的距今約5.3億年中寒武紀的“布爾吉斯動物群”,另一次是1947年在澳大利亞南部發現的距今6.8億~6億年之間的“埃迪卡拉動物群”。雲南澄江動物群成了聯繫布爾吉斯動物群和埃迪卡拉動物群之間的重要環節,隨著對澄江動物群研究的深入,埃迪卡拉-澄江-布爾吉斯3個動物群之間的演化關係會更加清楚。
其次,澄江動物群的發現為“間斷平衡”理論提供了新的事實依據,對達爾文的進化論再次造成衝擊。“間斷平衡”理論認為,生物的進化不像達爾文及新達爾文主義者所強調的那樣是一個緩慢的連續漸變積累過程,而是長期的穩定(甚至不變)與短暫的劇變交替的過程,從而在地質記錄中留下許多空缺。澄江動物群的發現說明了生物的進化並非總是漸進的,而是漸進與躍進並存的過程。

歷史

有關“寒武紀生命大爆炸”的線索幾乎都來自於加拿大西北部的布爾吉斯山(Burgess)。1909年,一個偶然的機會,人們在那裡發現了距今約5.15億年前的大量古生物化石。在布爾吉斯動物群中,已經出現了多種多樣的動物門類。1984年,中國學者在昆明澂江縣撫仙湖發現的澄江化石動物群也是這一地質歷史時期的淺海生物群落。所不同的是,澄江動物群出現的時代更早,種類更加豐富,形態更為複雜。澄江動物群的發現將“寒武紀生命大爆炸”開始的年代追朔到了更早的5.3年前。
長期以來,古生物學家一直都很困惑,為什麼地球用了近30億年的時間才完善了細胞的結構,但在短短的上千萬年甚至幾百萬年就演化出了此複雜、多樣的多細胞生物?是什麼原因使得寒武紀的世界能夠激發這樣的生命爆發呢?
古生物學家為此做出大量的努力,認為多種多樣的寒武紀動物的出現,或許是因為當時大氣中積累了足夠的有利於呼吸作用的氧,而且由於“超級大陸”的解體,大陸被海洋分割成大大小小的碎塊,陸地的分散造就了很多靠近大陸的淺海區域產生,從而有利於後生動物生存。海洋化學物質的變化積累了大量的磷酸鹽,使得軟體動物有可能演化出保護性的骨骼;生態學理論及其相互捕食關係的理論對此也作出了解釋。這種全球環境的變化,使寒武紀生命大爆炸成為可能。

懸案

大約6億年前,在地質學上稱做寒武紀的開始,絕大多數無脊椎動物門在幾百萬年的很短時間內出現了。這種幾乎是“同時”地、“突然”地出現在寒武紀地層中門類眾多的無脊椎動物化石(節肢動物軟體動物、腕足動物和環節動物等),而在寒武紀之前更為古老的地層中長期以來卻找不到動物化石的現象,被古生物學家稱作“寒武紀生命大爆發”,簡稱“寒武爆發”。達爾文在其《物種起源》的著作中提到了這一事實,並大感迷惑。他認為這一事實會被用做反對其進化論的有力證據。但他同時解釋到,寒武紀的動物一定是來自前寒武紀動物的祖先,是經過很長時間的進化過程產生的;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,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。

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條

聯絡我們