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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5.41億年前的寒武纪时期,化石记录显示绝大多数的动物”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證了这一生命进化史上的壮观景象,例如在加拿大伯吉斯頁岩,和在中国帽天山页岩(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幾乎同时在这一时期出现。

寒武紀大爆發的事實證據也曾讓達爾文非常困惑,在《物种起源》中寫道:「這件事情到現在為止都還沒辦法解釋。所以,或許有些人剛好就可以用這個案例,來駁斥我提出的演化觀點」。但即使到達爾文死後一百多年的今日,寒武纪大爆發依舊是科學界的一大謎題,尚待更多的科學證據出土,也許就能窺見當時的實際情況,找出真正的原因。

寒武紀化石

寒武紀年代約為5.4億~4.8億年前,此時的生物化石大多具有較為堅硬的外殼,讓化石得以保存下來。


寒武紀演化出的生物

寒武紀演化出了世界上絕大部分現存的20多個動物門,也生活著具有堅硬外殼的生物,例如奇蝦和三葉蟲,此事件被稱為寒武紀大爆發或寒武紀生命大爆發,此時也演化出兩側對稱動物

前寒武紀生命

大約 10 億年前的動物證據

陡山沱組化石

洞穴

埃迪卡拉生物

貝克泉白雲石

埃迪卡拉紀——寒武紀早期骨骼化

寒武紀生命

微量化石

痕跡化石(洞穴等)是周圍生命的可靠指標,並表明寒武紀開始時生命的多樣化,動物在淡水領域的殖民速度幾乎與海洋一樣快[7]

小殼動物群

世界上許多地方都發現了被稱為「小壳动物群英语Small shelly fauna」的化石,其歷史可以追溯到寒武紀之前到寒武紀開始後約1000 萬年(內馬基特-達爾丁紀(Nemakit-Daldynian)和寒武纪第二期;參見寒武紀時間線)。 這些化石集合非常複雜:脊椎、骨片(裝甲片)、管子、古杯动物(海綿狀動物),以及非常像腕足动物门和蝸牛狀軟體動物的小貝殼,但都很小,大多為1 至2毫米長[8]

雖然這些化石很小,但比產生它們的生物的完整化石要常見得多。 至關重要的是,它們覆蓋了從寒武紀開始到第一個化石庫英语Lagerstätten(lagerstätten)的窗口:這是一個缺乏化石的時期。 因此,它們補充了傳統的化石記錄,並使得許多生物類群的化石範圍得以擴展。

早寒武世三葉蟲和棘皮動物

伯吉斯頁岩型保存

早寒武紀甲殼類動物

階段

有效性

作為倖存者偏差的寒武紀大爆發

艺术家印象下的海底的欧巴宾海蝎。欧巴宾海蝎为寒武纪大爆发现代兴趣做出了最大的单一贡献。

可能的原因

環境變化

氧氣含量增加

臭氧形成

雪球地球

寒武紀海水鈣濃度增加

發展解釋

生態解釋

埃迪卡拉紀末大滅絕

缺氧

眼睛的進化

掠食者和獵物之間的競爭

浮游動物的大小和多樣性增加

生態系統工程

複雜度閾值

針對寒武紀大爆發,学界曾經提出過幾種假設:

  1. 地球在寒武紀之後才出現足以保存化石的穩定岩層,而前寒武紀的沉積物毀於地熱和壓力無法形成化石。
  2. 动物到了寒武紀才演化出能夠形成化石的堅硬軀體。
  3. 大氣中累積足夠的氧氣量,足以使大量動物短時間演化,並且形成臭氧層隔離紫外光
  4. 某些演化出眼晴的掠食性動物侵入物種穩定平衡的地區,減少原先佔優勢的寡佔物種,釋放生態棲位給其餘物種,並由於捕食-被捕食的競爭關係中促進大量物種歧異度的增加跟演化。
  5. 大爆發只是個假象,寒武紀初期生物的多樣性產生只是類似族群生長曲線,S形曲線中的快速上升段。

近年來研究认为,寒武纪大爆发跟埃迪卡拉紀末期滅絕事件有關:該次滅絕事件結束了隱生宙,為多細胞生命顯生宙的發展鋪平了道路。

寒武紀早期生物多樣性的獨特性

參見

参考资料

  1. ^ 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). 
  2. ^ 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). 
  3. ^ 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). 
  4. ^ Budd, Graham. At the origin of animals: the revolutionary cambrian fossil record. Current Genomics. 2013, 14 (6): 344–354. PMC 3861885可免费查阅. PMID 24396267. doi:10.2174/13892029113149990011. 
  5. ^ 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. 
  6. ^ 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.
  7. ^ 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. 
  8. ^ 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. 

參考書目

  • 派克 著. 《第一隻眼的誕生:透視寒武紀大爆發的祕密》. 陳美君 中譯. 貓頭鷹出版. 2010. 
  • 史蒂芬·古爾德 著. 《達爾文大震撼:課本學不到的生命史》. 程樹德 中譯. 天下遠見出版. 2009. 

外部链接