寒武纪生物大爆炸

什么是寒武纪生命大爆炸~

　我们需要一个非常长久的能源， 因为地球上的生命存在了将近40亿年，而太阳一定要比这个时间更长地存在，至少在没有找到另一个宇宙生命模式之前，我们无法证明这个进化的时间能够缩短。不过，人们却发现，整个的进化史似乎被耽误了很多的时间，真正的大型生命的进化历程实际上只有5亿年左右，而大部分生命史都是在海洋中以微牛物的形态消磨时光。 　　这时间居然有30多亿年。人们发现生命的大型化和多元化全部集中在5亿4千万年前的寒武纪的地层里，而且它们似乎是突然的出现，非常整齐地站在了同一条进化的起跑线上，这就是寒武纪生物大爆炸。　　寒武纪是一个伟大的时代，而中国云南澄江地区的帽天山更是这个时代的圣地，因为在这里发现了世界上最古老的寒武纪多细胞动物的化石。　　大爆炸是生物学家们感到困惑的地方，因为动物的大型化和多元化来得十分突然，而进化的复杂性似乎被寒武纪蕴藏的神奇力量给简化了。究竟是什么力量突然把微生物变成了大型的多细胞的动物呢？　　在古老的年代，土壤中的含氧量很少，而寒武纪地层中的含氧量，随着年代的走近而丰度增高。也许，正是这种气体引发了地球生命的辉煌。　　现在，地球的大气中充满氧气，但是它们在天地之间一刻不停地循环，氧气是最活跃的气体，它总是很快地和其它物质氧化，因此氧气只能是保持流水作业。如果地球上的植物现在停止制造氧气，那么地球上的氧气很快就会枯竭；正因为氧气的这种活性，它才能贯穿在大型生命的体内，从而产生剧烈的体能和高级神经的活动。　　不过，陆生植物制造氧气的历史非常短，只有几亿年，它们对地球氧气的贡献是锦上添花，而真正从零起步制造氧气的，是寄居于海洋中的藻类，它们通过一种叫做叶绿素的细胞间复杂的分子的运动，逐渐地把海洋中的二氧化碳转换成了氧气，地球上的氧气全部都是从绿色毛孔中分泌出来的。这种分泌持续了几十亿年，才让地球充满了自由氧。这个过程如此漫长，是因为地球上存在着巨大氧消耗，大量的无机物都在被氧化，至今海洋中还蕴藏着大量的氧化铁矿脉。相信有一个时期，地球上的海洋都被铁锈染成了红色，那是铁元素在呼吸。　　很可能，寒武纪是一个收获氧气的时代，因为这个时候的氧气一定是生产大于消耗。当海洋充满氧气并持续稳定到一定的时间，使用氧气的大型动物才能没有后顾之忧地改变自己的形态，去充分地利用更好的能源。这种能源使得一部分动物身体结构扩大并且功能增多，就好像有了汽油才有汽车一样，可以说，有氧才有生命的运动。　　运动是寒武纪生命的重要进步，就像新司机刚刚上路，寒武纪的祖先们动作都很慢，它们小心翼翼，笨拙但绝对拥有了前所未有的自由。　　大爆炸到现在大约5亿年，在这之后生命进化的效率应该是很高的，因此一个星球的生命能否缩短它进化的历程，关键是看多细包生命诞生的时间表。当然，寒武纪的地层还隐藏着许多的秘密需要去思考，但首先我们应该感谢它，因为如果某种现在还不知道的因素再推迟生物大爆炸的启动，那么，我们的命运也许是另一个样子。

地球诞生在46亿年前,至5.43亿年前进入了地质历史上被称为“寒武纪”的时期。寒武纪从5.43亿年前开始,至4.90亿年前结束,历时0.53亿年。从地球诞生至寒武纪,地球历经了40.57亿年的漫长时期,这一时期简称为前寒武纪。前寒武纪虽然时间很长,但在前寒武系中所发现的生物化石很少,而且偶有发现也是比较低等的生物。可是,到了寒武纪很多高等生物突然像“井喷”一样,在地层中冒了出来。这些生物是如何进化来的?它们的祖先在哪里?这个“喷”出来的“生命世界”,怎么会与进化论的真理完全背道而驰?真有无本之木、无源之水吗?这就是令科学家们困惑不解的谜团之一——寒武纪生物大爆炸。

生物大爆炸示意图

轰动全世界的寒武纪生物大爆炸,最典型地点在哪里?它就在我国云南省澄江县帽天山,我国科学家称之为澄江动物群。

7.1.1 澄江动物群

澄江动物群是我国科学家于1984年在我国云南澄江东部的帽天山中发现的。其地层时代为下寒武统(即寒武纪早期)筇竹寺组玉案山段,距今约5.3亿年。澄江动物化石群持续的时间可能长达300万~100万年。

澄江动物群的化石,其保存的完美度好得令人难以置信。如蠕形动物帽天山虫,犹如活的一般,穴居在海底的软泥里,它的如蚯蚓一样的体环非常清晰,就连消化道也依稀可见。全部为软组织的蠕虫,成为化石以后,还像当初活的一般,真难以想象;好运华夏鳗,不但骨骼保存完整,其软体部分也保存得非常好,它好像正在水底游动;还有犹如现在还活着似的西大动物、抚仙湖虫和尖峰虫等。其他化石也和它们一样,虽已成化石,但如刻、如雕、如画,栩栩如生,如云南虫、微网虫、那罗虫、瓦普塔虾、高足杯虫、始虫、古莱得利基虫等。这些保存状况无与伦比的澄江动物群化石发表后,全球为之惊叹。最令人惊异和兴奋的是这里竟然还发现了鱼化石:昆明鱼。这是迄今为止全球发现的最古老的鱼,被国外媒体称为天下第一鱼--中国鱼。此外,还发现了海口鱼。真正的鱼类,以前只在泥盆纪(距今4.10亿~3.54亿年)才有所发现,昆明鱼和海口鱼出现的时间是5.3亿年前。所以,这两类鱼化石的发现,把鱼类出现的时间,提前了1.2亿年。因此,澄江动物群的发现,改写了地球动物进化的历史,对生命发展史的研究作出了划时代的贡献。《纽约时报》认为这是20世纪最惊人的发现;美国《科学新闻》欣喜异常地说,它使陷于绝望的探索生命起源的科学家们欢欣鼓舞。澄江动物群的产地帽天山,于1992年被联合国教科文组织列为“全球地质遗迹东亚优先甲等第四号”。从此,帽天山就成为研究生命起源科学家们的“麦加”。

澄江动物群的地层位置(据侯先光等,1999)

澄江动物群:蠕形动物帽天山虫化石(据陈均远等,1996)

澄江动物群含有众多门类的化石,总共160多属,190余种。澄江动物群化石,种类众多,保存完好,前所未见,闻所未闻,奇特至极,犹如天外来客,令人惊叹、振奋而又迷惑:它们是从哪里来的?

澄江动物群:头索动物华夏鳗化石

澄江动物群:半索动物云南虫化石

澄江动物群:奇特皮鱼型动物西大动物化石

澄江动物群:叶足动物微网虫

微网虫复原图

澄江动物群(约5亿年前)复原图

澄江动物群:节肢动物那罗虫化石

澄江动物群:节肢动物周小姐虫(右上)与那罗虫(左下)复原图

澄江动物群:节肢动物抚仙湖虫化石

澄江动物群:节肢动物抚仙湖虫复原图

澄江动物群:腔肠动物高足杯虫化石

澄江动物群:节肢动物始虫化石

澄江动物群:浮游双瓣壳节肢动物瓦普塔虾化石

澄江动物群:节肢动物尖峰虫化石

澄江动物群:底栖生物腔肠动物先光海葵(下中偏右)、高足杯虫(右和右下)和带虫(左下)复原图

澄江动物群:节肢动物始虫

澄江动物群:浮游双瓣壳节肢动物等刺虫(左上)、瓦普塔虾(右)、古虫(中下)复原图

澄江动物群:节肢动物古莱得利基虫(一种三叶虫)化石

三叶虫复原图

灰姑娘虫化石

澄江动物群:节肢动物灰姑娘虫(上)、谜虫(下)复原图

奇虾化石

澄江动物群:与节肢动物具有同源演化关系的奇虾动物奇虾复原图

昆明鱼化石

海口鱼化石

(舒德干供稿)

7.1.2 寒武纪生物大爆炸的历史回顾与科学思考

澄江动物群给我们演示了如梦如幻大爆炸的一幕,但惊喜之后百问丛生。为什么如此众多门类、包含有节肢动物、脊索动物和脊椎动物等高级生物会在此刻突然涌现?为什么在前寒武纪漫长的40.7亿年中,我们却很少发现类似的化石?澄江动物群祖先们走过的历史“足迹”留在了何方?大爆炸的生物真的是从天外突至?难道真有无本之木、无源之水?难道生命的演化能够停驻40多亿年?又是什么因素引发了大爆炸?我们应如何科学地解译寒武纪生物大爆炸给出的信息?大爆炸意味着什么?这些问题有待我们一一破解。

7.1.2.1 历史回顾

(1)布尔吉斯动物群。无独有偶,1909年,美国科学家在加拿大落基山的中寒武纪地层里发现了布尔吉斯动物群。当时的布尔吉斯动物群也轰动了全世界,因为它和澄江动物群一样,几乎含有所有的现生动物的各个门类,同时还包含了许多已灭绝的门类和难以归属的化石。不但种类丰富,数量也多得惊人,仅美国的自然历史博物馆就收藏了65000件布尔吉斯动物群的标本。但是,布尔吉斯动物群距今5.15亿年,时代为中寒武世;而澄江动物群距今5.3亿年,时代为早寒武世。所以,布尔吉斯动物群是澄江动物群的晚辈,其比澄江动物群要晚1500万年。因此,我们可以设想,从地球诞生至澄江动物群出现的,这40.7亿年漫长的岁月中,一定还有另外的“澄江动物群”,只是我们现在还没有在地层的记录中找到它们而已。“寒武纪生物大爆炸”不会是上帝制造的,也不会是突然冒出来的,生命演化的过程也不可能被“冰封”40多亿年。

布尔吉斯动物群复原图

(2)梅树村动物群。澄江动物群之后,有布尔吉斯动物群。在澄江动物群之前,并不是没有发现任何化石,科学家在其之前就找到了梅树村动物群(小壳动物群)、瓮安动物群和埃迪卡拉动物群。小壳动物群是在5.4亿年前早寒武世初期出现的带壳的海生无脊椎动物的总称。它包含有多种门类带壳的海洋无脊椎动物化石,如双壳类、腕足类、腹足类、喙壳类、软舌螺类、单板类、锥石类、节肢动物、海绵、管状动物、球状动物、牙形石等众多门类和一些很难确定其分类位置的动物化石,其化石很小,一般在0.1~5毫米。在我国以长江流域下寒武统底部梅树村阶的动物群最为典型,所以被称之为梅树村动物群。它比澄江动物群早1000万年,约为5.4亿年前。

从现在的发现与研究来看,寒武纪生物大爆炸可以分为3次:第一次大爆炸产生了梅树村动物群,距今5.4亿年,可称为序幕;第二次大爆炸产生了澄江动物群,距今5.3亿年,为顶峰期;第三次大爆炸产生了布尔吉斯动物群,距今5.15亿年,为尾声。

梅树村动物群化石

梅树村动物群在我国的秦岭、华北南部、长江流域、塔里木盆地都有发现,它在全球的分布也很广。因为分布广、数量多且门类少等原因,人们对其重视的程度远不如澄江动物群、布尔吉斯动物群。不过,科学家在前寒武纪(5.43亿年前)的地层中,还发现了另外两个动物群——埃迪卡拉动物群和瓮安动物群。

(3)埃迪卡拉动物群。1947年,科学家在澳大利亚中南部埃迪卡拉地区的前寒武纪末期5.6亿年前的庞德砂岩层中,发现很多特别奇异的化石。有的像花朵,有的像雕刻出来的花纹图章,有的像直立的大片焦叶。它们看起来像植物,其实都是动物,和我们现在所看到的动植物的形态截然不同。有的没有口、没有肠,也没有肛门,如何生存,令人困惑。它们真的和深海黑烟囱的动物一样靠共生的化学自养细菌生存吗?埃迪卡拉动物群含有三个门、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。其中,水母7属9种;水螅3属3种;海鳃目(珊瑚纲)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。除了澳大利亚以外,埃迪卡拉动物群在北美、英格兰、瑞典、威尔士、新西兰、波罗的海、东欧、西伯利亚和我国华南等地均有分布。其实,早在1908年,科学家就在纳米比亚地区发现了该动物群化石,但是,不知什么原因,没有引起各方人士的重视。在这里特别值得一提的是,2006年我国科学家在贵州省江口前寒武纪末期5.6亿年前的地层里,发现一只非常精美的八臂仙母虫:轮盘形、直径25~31毫米、与1元钱硬币大小相当。

八臂仙母虫化石及其复原图

埃迪卡拉动物群化石

埃迪卡拉动物群化石

埃迪卡拉动物群复原图

(4)瓮安动物群。我国科学家在贵州瓮安前寒武纪末期震旦纪的地层里,发现了距今5.8亿年的动物化石,称之为瓮安动物群。瓮安动物群中发现的动物的卵和动物的多细胞胚胎(如水螅胚胎)化石震惊了全世界。在5.8亿年前的前寒武纪末期的地层里,人们从来没有想象过能找到如此精美的化石,更难以预料它们竟然是卵和胚胎化石。科学家们惊呼:它是一扇探索原始动物起源的闪亮窗口,开启了储存原始生命奥秘的信息库。此外,瓮安动物群还含有管状后生动物、微小两侧对称的后生动物、可疑海绵动物、腕足动物和环节动物、珊瑚幼虫和藻类等。我们特别要着重提出的是,依据对瓮安动物群中动物的卵和动物的多细胞胚胎的研究,其卵裂的方式已经不是最原始、最简单的形式,而是包含有辐射卵裂、旋转卵裂、螺旋式卵裂、双重螺旋卵裂、四重螺旋卵裂;同时含有具极叶形式胚胎和与现生扁虫相似的T字形四细胞胚胎。这些高级形式的卵裂和胚胎,表明瓮安动物群至此已经走过了很长的演化历程,表明除了在寒武纪时出现的高级的节肢动物和脊索动物以外,其他低级无脊椎动物门类的祖先可能已经显现。瓮安生物群比埃迪卡拉动物群早2000多万年。瓮安动物群是迄今为止在地层里所发现的最古老的动物化石,是研究远古生命演化历程最为宝贵的记录。

瓮安动物群

瓮安动物群

瓮安动物群:真体腔两侧对称动物贵州小春虫复原图(约0.2毫米)

瓮安动物群

瓮安动物群和埃迪卡拉动物群的发现,证明了在寒武纪之前除了高级的脊索动物没有以外,其他高级的无脊椎动物如节肢动物等几乎都有。其对破解寒武纪生物大爆炸之谜,提供了科学的证据。

7.1.2.2 科学思考

如前所述,寒武纪生物大爆炸在寒武纪里并不是空前绝后的一次,目前已知它一共有3次。在寒武纪之前,也并不是没有生物存在,所以如果要说生物大爆炸的话,在寒武纪之前已发现有两次,与寒武纪的3次合计共5次。其由老到新的次序为:瓮安动物群(5.8亿年前)、埃迪卡拉动物群(5.6亿年前)、梅树村动物群(5.4亿年前)、澄江动物群(5.3亿年前)、布尔吉斯动物群(5.15亿年前)。它们从前寒武纪末期的震旦纪(埃迪卡拉纪)至寒武纪中期,跨越了时间的长河、大步地发展而来。这个发展史,使科学家们确信生命的演化有其自己的历程,从简单到复杂、从低级到高级、从多样性贫乏到多样性丰富、从智能低到智能高;生命的表现形式也不会总是如今这个样子。它们会从量变到质变、从渐变到突变,或者反转过来从质变转成量变、从突变转成渐变。这个发展史,也证明了“大爆炸”中出现的生物,并不是从天上掉下来的,更不是上帝的手捏出来的,而是其自身历史发展的必然结果。因此,在某种意义上讲,前寒武纪的瓮安动物群和埃迪卡拉动物群已经为其后来的寒武纪生物大爆炸准备好了“导引线”和“炸药”,它使存疑百年的寒武纪生物大爆炸之谜自然消融,使因被大爆炸的“冲击波”冲击,而偏离进化论的学者,又回归到了正确的轨道,也使神创论烟消云散。

所以,科学地讲,寒武纪的生物大爆炸,既不是大爆炸,也不是大爆发,把它称之为像考古一样的大发现,可能更加贴切,更加符合地质记录的实际状况。因为,有的记录我们可能还没有发现,有的记录还可能缺失。而且,这些“昙花一现”式的动物群所记录的时间,一般只有100万~300万年,它们对于46亿年漫长的地质记录来说,只是很短的“一瞬间”。所以,从上面的论述中,人们一定会相信,随着科学的发展、技术的进步、思路的拓新、对生命表现形式认识的变革、工作的深入、时间的前进,人们在寒武纪长达0.53亿年的地层里,在长达40.57亿年的前寒武纪的地层里,一定会发现更多、更丰富的生物群。生命发展的断链,一定会被新发现的环扣连接上。

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伯牙吾台霄盐酸：[答案] 寒武爆发吸引了无数的古生物学家和进化论者去寻找证据探讨其起因.100多年以来的证据产生出解释寒武爆发的两种基本观点.一种观点认为,寒武爆发是一种假象,这是某些达尔文或新达尔主义者所持的观点.由于进化是渐进的,所谓的“爆发”只...

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崇左市19725347689： 寒武纪生物大爆炸？
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崇左市19725347689： 寒武纪物种爆炸是什么?？
伯牙吾台霄盐酸： 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、发展的时期. 寒武纪常被称为“三叶虫的时代”,这是因为寒武纪岩石中保存有比其他类群丰富的矿化的三叶虫硬壳. 寒武纪是显生物的开始,标志着地球生物演化史新的一幕. 在寒武纪开始后的短短数百万年时间里,包括现生动物几乎所有类群祖先在内的大量多细胞生物突然出现,这一爆发式的生物演化事件被称为“寒武纪生命大爆炸”. 带壳、具骨骼的海洋无脊椎动物趋向繁荣,它们营底栖生活,以微小的海藻和有机质颗粒为食物,其中,最繁盛的是节肢动物三叶虫,故寒武纪又称为“三叶虫时代”,其次是腕足动物、古杯动物、棘皮动物和腹足动物,寒武纪的生物形态奇特,和我们现在地球上所能看见的生物极不相同.

崇左市19725347689： 寒武纪大爆炸是什么? - ？
伯牙吾台霄盐酸： 是不是寒武纪生物大爆发? 在地球诞生后的40亿年时间里,地球上的生命,包括植物和动物,几乎没留下任何实质性的痕迹.然而,在此后不超过500万至1000万年的这段短短的时间里,即大约6亿年前,在地质学上称做寒武纪的开始,绝大多数无脊椎动物门在这几百万年的很短时间内出现了.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化石(节肢动物、软体动物、腕足动物和环节动物等),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,被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”,简称“寒武爆发”.