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            寒武紀(jì)生物大爆發(fā)(寒武紀(jì)生物大爆發(fā)的窗口首先在哪里被發(fā)現(xiàn))

            更新時(shí)間:2023-02-28 19:46:02 閱讀: 評(píng)論:0

            什么是寒武紀(jì)生命大爆發(fā)?

            寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的真正原因
            寒武紀(jì)生命大爆發(fā)被稱為古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)上的一大懸案。寒武紀(jì)生命大爆發(fā)自達(dá)爾文以來就一直困擾著進(jìn)化論等學(xué)術(shù)界。大約6億年前,在地質(zhì)學(xué)上稱做寒武紀(jì)的開始,絕大多數(shù)無脊椎動(dòng)物門在只2000多萬年時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了。這種幾乎是“同時(shí)”地、“突然”地在2000多萬年時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)在寒武紀(jì)地層中門類眾多的無脊椎動(dòng)物化石(節(jié)肢動(dòng)物、軟體動(dòng)物、腕足動(dòng)物和環(huán)節(jié)動(dòng)物等),而在寒武紀(jì)之前更為古老的地層中長期以來卻找不到動(dòng)物化石的現(xiàn)象,被古生物學(xué)家稱作“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”,簡稱“寒武爆發(fā)”。
            達(dá)爾文在其《物種起源》的著作中提到了這一事實(shí),并大感迷惑。他認(rèn)為這一事實(shí)會(huì)被用做反對(duì)其進(jìn)化論的有力證據(jù)。但他同時(shí)解釋到,寒武紀(jì)的動(dòng)物的祖先一定是來自前寒武紀(jì)動(dòng)物,是經(jīng)過很長時(shí)間的進(jìn)化過程產(chǎn)生的;寒武紀(jì)動(dòng)物化石出現(xiàn)的“突然性”和前寒武紀(jì)動(dòng)物化石的缺乏,是由于地質(zhì)記錄的不完全或是由于老地層淹沒在海洋中的緣故。這就是至今仍被國際學(xué)術(shù)界列為“十大科學(xué)難題”之一的“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”。 依照傳統(tǒng)和經(jīng)典的生物學(xué)理論,即達(dá)爾文生物進(jìn)化認(rèn)為,生物進(jìn)化經(jīng)歷了從水生到陸地、從簡單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)的漫長的演變過程,這一過程是通過自然選擇和遺傳變異兩個(gè)車輪的緩慢滾動(dòng)逐漸實(shí)現(xiàn)的。
            科學(xué)家們?yōu)榻沂尽昂浼o(jì)大爆發(fā)”的原因提出了種種假說。陳均遠(yuǎn)研究員提出寒武紀(jì)生物突變具有極明顯的自發(fā)性進(jìn)化行為的設(shè)想;舒德干教授提出“寒武紀(jì)暖水與冷水兩大古生物地理分區(qū)"的假說等,但目前還沒有一個(gè)清晰、證據(jù)確鑿、令人信服的解釋。
            寒武紀(jì)生命大爆發(fā)吸引了無數(shù)的古生物學(xué)家和進(jìn)化論者去尋找證據(jù)探討其起因,但都沒有找到寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的真正原因,所以把寒武紀(jì)生命大爆發(fā)認(rèn)為是反對(duì)進(jìn)化論的有力證據(jù)。
            地球膨裂說認(rèn)為“雪球地球’冰期后地溫急聚升高是寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的真正原因。“雪球地球”理論認(rèn)為,地球在距今7.5億到5.8億年前曾經(jīng)經(jīng)歷了一次極其嚴(yán)重而漫長的冰河時(shí)代——瓦蘭吉爾期。當(dāng)時(shí)不僅陸地全部被冰川覆蓋,海洋表面也被完全凍結(jié),液態(tài)水靠來自地球核心的熱量支持,存在于1公里厚的冰層下。如果從太空看,地球完全是一巨大的“雪球”。“雪球地球”假說最早由美國地質(zhì)學(xué)家約瑟夫·可西文克博士1992年首先提出。“雪球地球”的假說有哪些根據(jù)?第一,地球在距今6億到8億年間廣泛發(fā)育了一層或多層稱為“冰積巖”的冰川沉積,它代表了全球性的寒冷氣候。最著名的一次冰期發(fā)生在距今6億年左右,幾乎在現(xiàn)今所有大陸上都留下了可靠的記錄,地質(zhì)學(xué)上稱為瓦倫格冰期。不管怎樣,在地球上很好保存了距今6億到8億年的地層中,幾乎都能找到同期的冰川沉積。很顯然,這個(gè)寒冷氣候是一個(gè)全球性事件。第二,在地球的歷史中,很多數(shù)據(jù)表明,地球在距今6到8億年間,冰積巖大多沉積在中、低緯度附近,換句話說,也就是赤道和赤道附近,也是陸地主要分布的區(qū)域。這方面的資料得出這個(gè)結(jié)論:廣泛的寒冷氣候發(fā)生在地球的赤道及其附近區(qū)域。
            地球膨裂說認(rèn)為,雖然生命在38億年前形成,但因?yàn)榈厍蛑饾u變冷,直到8億年前的“雪球地球”時(shí)期的零下50度,冰層12000米厚,物種的進(jìn)化速度非常緩慢。
            “雪球”為什么解凍,變成現(xiàn)在這樣的地球,地球膨裂說認(rèn)為,8億年前,由于地球內(nèi)部的放射性物質(zhì)不斷衰變放出熱量,使地球發(fā)生較大膨裂,造成大量巖漿噴出地殼,使地球的氣溫急聚升高,冰川溶化,冰臼就是在這一時(shí)期形成的。地球氣溫從震旦紀(jì)(8億年前)的攝氏零下50度,上升到現(xiàn)在的最高溫度攝氏58度,8億年上升了108度,地球的氣溫平均每1千萬年自然升高1.35攝氏度。
            地球膨裂說認(rèn)為,8億年前地球的氣溫急聚升高,非常適合生物繁衍,進(jìn)化速度急聚增加,所以發(fā)生了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)。
            作者:賴柏林

            寒武紀(jì)生命大爆發(fā)是怎么回事?

            生命是宇宙中的奇跡,迄今為止,只有我們地球上有生命的存在,那么現(xiàn)在地球上的形形色色的生命是怎么來的呢?為了解釋這個(gè)問題,在19世紀(jì)中葉,達(dá)爾文提出了著名的進(jìn)化論,他指出當(dāng)今地球上包括人類在內(nèi)的所有的生命,都是由地球上最原始的生命,在漫長的進(jìn)化史中,通過大量的細(xì)微而漸進(jìn)的變化逐漸演化而成。



            雖然進(jìn)化論在提出之后遭到了很多質(zhì)疑,但是隨著時(shí)間的推移,人們發(fā)現(xiàn)進(jìn)化論可以很好地解釋我們所觀察到的很多生命現(xiàn)象,同時(shí)又有眾多的化石證據(jù)能夠印證進(jìn)化論的觀點(diǎn),于是進(jìn)化論逐漸被越來越多的人認(rèn)同。時(shí)至今日,在經(jīng)過長時(shí)間的發(fā)展和完善之后,進(jìn)化論早已成為了科學(xué)界的主流觀點(diǎn)。

            然而并不是所有的化石證據(jù)都完美地支持進(jìn)化論,事實(shí)上,發(fā)生在5億多年前的“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”就被人們稱為是進(jìn)化論的“軟肋”。寒武紀(jì)開始于大約5.42億年前,總共持續(xù)了大約5800萬年的時(shí)間,化石證據(jù)表明,在寒武紀(jì)前期的大約2000萬年的時(shí)間里,地球上突然出現(xiàn)了大量物種。



            在這段時(shí)間里,大量的腕足、海綿、節(jié)肢、蠕形、脊索動(dòng)物紛紛在地球上出現(xiàn),其生物門類高達(dá)50余個(gè),相比之下,現(xiàn)在地球上生物門類卻只有30多個(gè),而其中大約90%的門類都可以在“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”中找到。

            數(shù)量如此眾多的物種在短短的2000萬年時(shí)間里集體出現(xiàn)在地球上(相對(duì)于地球生命的進(jìn)化史),這似乎很難用進(jìn)化論來進(jìn)行解釋,因?yàn)楦鶕?jù)進(jìn)化論的觀點(diǎn),生命的進(jìn)化是一個(gè)緩慢而連續(xù)的過程,是不可能突然出現(xiàn)這么多的物種的,所以說“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”就成了地球生命進(jìn)化史的未解之謎。

            進(jìn)化論的“軟肋”:5億多年前,地球上為何會(huì)突然出現(xiàn)大量物種?




            雖然達(dá)爾文本人也對(duì)此感到困惑不已,甚至認(rèn)為這可能會(huì)成為反對(duì)進(jìn)化論的有力證據(jù),但是他還是對(duì)此給出了自己的解釋,他推測這些物種應(yīng)該是由更早的物種逐漸演化而成,這些物種的祖先早就已經(jīng)在地球上廣泛存在,只是因?yàn)樗鼈兇蠖嗍切⌒蛙涹w類動(dòng)物,很難在地質(zhì)層中留下化石,所以現(xiàn)在的我們才沒有找到相應(yīng)的化石證據(jù)。

            遺憾的是,后來科學(xué)家在前寒武紀(jì)化石沉積層中發(fā)現(xiàn)了大量的原核生物化石,所以達(dá)爾文的這種解釋就顯得有點(diǎn)尷尬了。那么又應(yīng)該如何解釋這個(gè)進(jìn)化論的“軟肋”呢?對(duì)此科學(xué)家們提出了多種猜測,下面我們來簡單了解一下目前認(rèn)同度比較高的一種(注意,這只是一種猜測,并不是確定的結(jié)論)。



            盡管早在30多億年前,地球上就出現(xiàn)了能夠通過光合作用生產(chǎn)氧氣的藍(lán)細(xì)菌,但一來它們的數(shù)量不多,二來當(dāng)時(shí)地球上存在著很多吸收氧氣的機(jī)制,例如在海洋中大量存在的二價(jià)鐵離子就可以有效地吸收氧氣,因此在很長的一段時(shí)間里,地球大氣和水體中的含氧量都很低,很顯然,這并不適合多細(xì)胞生物的多樣化,因?yàn)槎嗉?xì)胞生物的多樣化需要足夠多的氧氣。

            直到大約18億年前,地球上氧氣的“生產(chǎn)量”才真正地超過了“消耗量”,地球大氣和水體中的含氧量開始逐漸增加,隨著這個(gè)過程的持續(xù),當(dāng)其突破一個(gè)臨界值的時(shí)候,地球上的物種就開始出現(xiàn)了多樣化。



            然而在7.5億年前到5.8億年前,地球上又經(jīng)歷了一次非常嚴(yán)重的冰河時(shí)代——瓦蘭吉爾期,進(jìn)而導(dǎo)致了一次規(guī)模不小的物種滅絕事件,地球上物種的進(jìn)化也因此而停滯。



            到了5億多年前的寒武紀(jì)前期,地球開始迅速回暖,再加充足的氧氣供應(yīng),這無疑給當(dāng)時(shí)的生命創(chuàng)造了非常適宜的環(huán)境,于是在經(jīng)歷了極端寒冷的冰河時(shí)代之后,地球上的生命開始了“狂歡派對(duì)”,在接下來的大約2000萬年時(shí)間里,它們就演化出了為數(shù)眾多的物種。


            寒武紀(jì)為什么會(huì)出現(xiàn)生命大爆發(fā)?

            原因:

            從化石資料來看,真核藻類大約在9億年前出現(xiàn)了有性生殖,實(shí)際上,有性生殖出現(xiàn)得更早。有性生殖的發(fā)生在整個(gè)生物界的進(jìn)化過程中有著極其重大的作用,由于有性生殖提供了遺傳變異性,從而有可能進(jìn)一步增加了生物的多樣性,這是造成寒武爆發(fā)的原因之一。

            生物收割者假說是美國生態(tài)學(xué)家斯坦利提出的,是一種解釋寒武爆發(fā)的生態(tài)學(xué)理論,即收割原則。斯坦利認(rèn)為,在前寒武紀(jì)的25億年的多數(shù)時(shí)間里,海洋是一個(gè)以原核藍(lán)藻這樣簡單的初級(jí)生產(chǎn)者所組成的生態(tài)系統(tǒng)。

            這一系統(tǒng)內(nèi)的群落在生態(tài)學(xué)上屬于單一不變的群落,營養(yǎng)級(jí)也是簡單唯一的。由于物理空間被這種種類少但數(shù)量大的生物群落頑強(qiáng)地占據(jù)著,所以這種群落的進(jìn)化非常緩慢,從未有過豐富的多樣性。

            寒武爆發(fā)的關(guān)鍵是草食收割者的出現(xiàn)和進(jìn)化,即食用原核細(xì)胞(藍(lán)藻)的原生動(dòng)物的出現(xiàn)和進(jìn)化。收割者為生產(chǎn)者有更大的多樣性制造了空間,而這種生產(chǎn)者多樣性的增加又導(dǎo)致了更特異的收割者的進(jìn)化。

            營養(yǎng)級(jí)金字塔按兩個(gè)方向迅速發(fā)展:較底層次的生產(chǎn)者增加了許多新物種,豐富了物種多樣性,在頂端又增加了新的“收割者”,豐富了營養(yǎng)級(jí)的多樣性。從而使得整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性不斷豐富,最終導(dǎo)致了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的產(chǎn)生。

            擴(kuò)展資料

            寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的起源—埃迪卡拉動(dòng)物群

            埃迪卡拉(Ediacaran)動(dòng)物群是Sprigg于1947年在澳大利亞中南部Ediacara地區(qū)的龐德砂巖層中首先發(fā)現(xiàn)的。

            最初人們未能確定這一動(dòng)物群的時(shí)代,后來終于確定為前寒武紀(jì),年齡為6.7億年。埃迪卡拉動(dòng)物群包含三個(gè)門,19個(gè)屬,24種低等無脊椎動(dòng)物。三個(gè)門是:腔腸動(dòng)物門,環(huán)節(jié)動(dòng)物門和節(jié)肢動(dòng)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(huán)蟲2屬5種;節(jié)肢動(dòng)物2屬2種。 多保存為印痕化石,盡管它們的形態(tài)、結(jié)構(gòu)都很原始,但它們被認(rèn)為是20 世紀(jì)古生物學(xué)最重大的發(fā)現(xiàn)之一。

            這一發(fā)現(xiàn)使科學(xué)界擯棄了長期以來認(rèn)為在寒武紀(jì)之前不可能出現(xiàn)后生動(dòng)物化石的傳統(tǒng)觀念。所謂后生動(dòng)物即是指相對(duì)于原生動(dòng)物的各種多細(xì)胞動(dòng)物。

            參考資料來源:百度百科-寒武紀(jì)生命大爆發(fā)


            寒武紀(jì)為什么會(huì)突然的發(fā)生生物物種大爆發(fā)?

            提到進(jìn)化論,我們首先想到的是達(dá)爾文,但其實(shí)達(dá)爾文的進(jìn)化論也有缺點(diǎn),那就是利用達(dá)爾文進(jìn)化論無法解釋寒武紀(jì),為什么會(huì)出現(xiàn)生命物種大爆發(fā)。但是在現(xiàn)代進(jìn)化論以及間斷平衡演化理論下,我們可以了解為什么生物會(huì)在寒武紀(jì)時(shí)集中爆發(fā)。

            寒武紀(jì)生命大爆發(fā)

            寒武紀(jì)是顯生宙的開始,距今約5.42億年前—4.85億年,持續(xù)了大約5800萬年,而在這短短5800萬年里,不僅有大量生物開始在寒武紀(jì)突然出現(xiàn),而且出現(xiàn)的生物門類也非常多,現(xiàn)如今所有的“門”,在寒武紀(jì)時(shí)基本上都已經(jīng)出現(xiàn)。

            對(duì)此,有些科學(xué)家認(rèn)為,之所以寒武紀(jì)會(huì)發(fā)生生物物種大爆發(fā),是因?yàn)楹浼o(jì)之前,地球上大多數(shù)動(dòng)物屬于單細(xì)胞動(dòng)物,或者是微型多細(xì)胞生物,沒有硬質(zhì)化的外殼,因此化石難以保留。

            而在寒武紀(jì)時(shí),出現(xiàn)了許多帶有硬殼的生物,比如:三葉蟲,奇蝦等,所以我們能觀測到很多寒武紀(jì)時(shí)的生命。按照這種理論,寒武紀(jì)并不是真正的生命大爆發(fā),而是一種假象。

            但是有些科學(xué)家卻不這么認(rèn)為,他們認(rèn)為寒武紀(jì)生命物種大爆發(fā)不是假象,解釋寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的理論,就是:間斷平衡演化。

            間斷平衡演化

            雖然達(dá)爾文提出了進(jìn)化論,但是達(dá)爾文的進(jìn)化論中并沒有提到生物的演化是勻速的,還是不勻速。

            有些人認(rèn)為,生物的演化是勻速發(fā)生的,比如:生物在1000萬年里,不斷調(diào)整自己的基因,使得該種群中的體型一點(diǎn)點(diǎn)變大。

            但是有些科學(xué)家認(rèn)為, 生物的演化不是勻速發(fā)生的,而是長期靜止,短期加速 。比如:同樣是演化出較大的體型,如果是勻速發(fā)生的,那么子代體型雖然比父代大了一些,但是增大的這些并不能讓它具有明顯的生存優(yōu)勢。但如果子代體型突然比父代大了10%,就能明顯提高生存優(yōu)勢,因此該基因才能夠被保留下來。也就是說,生物基因可以在短短一兩代人身上發(fā)生突變。

            比如:英國在工業(yè)革命時(shí)期,由于環(huán)保意識(shí)不強(qiáng),導(dǎo)致大量未經(jīng)處理的廢氣被排入大氣中,使得樹木、建筑等都被熏黑。而當(dāng)?shù)赜幸环N白蛾子,在過去它們趴在白色的樹干上時(shí)能夠隱藏自己的身影,然而由于外界環(huán)境的改變,導(dǎo)致這種白蛾子很容易被鳥類發(fā)現(xiàn)。后來,有一小部分蛾子在演化時(shí),基因突變出現(xiàn)了黑蛾子,由于這些黑蛾子能夠更好地適應(yīng)環(huán)境,所以后來英國許多樹上都有黑蛾子。

            隨著人們對(duì)環(huán)保的認(rèn)知不斷加強(qiáng),英國的工業(yè)廢氣排放量逐漸減少,當(dāng)?shù)丨h(huán)境又恢復(fù)到之前的水平。此時(shí)黑蛾子容易暴露在鳥類的視野之中,于是又有一些黑蛾子基因變異,出現(xiàn)了白蛾子。由于白蛾子能夠適應(yīng)環(huán)境,因此白蛾子數(shù)量逐漸變多了起來。

            通過英國蛾子的變化,我們能夠看出生物適應(yīng)環(huán)境的速度非常迅速,所以目前主流科學(xué)界認(rèn)為, 生物的演化速度并不是勻速的,而是長期靜止,在短期內(nèi)(環(huán)境改變時(shí))加速演化。

            寒武紀(jì)生命爆發(fā)的原因

            由于生物的演化速度并不是勻速的,所以生命有可能在短短幾百年時(shí)間里大量出現(xiàn),因此寒武紀(jì)生命大爆發(fā)不是假象,而是生物史上一次重大演化。

            之所以地球上只出現(xiàn)過寒武紀(jì)一次生命大爆發(fā),可能和當(dāng)時(shí)的氧氣含量有關(guān)。

            生物學(xué)家克勞德認(rèn)為,地球上絕大多數(shù)真核生物都需要氧氣,對(duì)于單細(xì)胞生物而言,獲取氧氣的方式很簡單,就是依靠細(xì)胞膜的滲透與吸收。隨著細(xì)胞的增多,細(xì)胞膜之間相互會(huì)折疊,導(dǎo)致多細(xì)胞生物滲透的氧氣不夠,只有當(dāng)大氣中的含氧量上升到一定濃度后,多細(xì)胞生物才能獲取到足夠的氧氣。

            在寒武紀(jì)之前,地球上雖然已經(jīng)有藍(lán)細(xì)菌可以生產(chǎn)氧氣,但當(dāng)時(shí)的游離氧會(huì)和海洋中的二價(jià)鐵離子結(jié)合,生成三價(jià)鐵,三價(jià)鐵不溶于水,會(huì)沉淀在海底,所以地球早期地質(zhì)層中會(huì)有一層紅色的含鐵沉淀物。

            但在18億年前,由于海洋中的二價(jià)鐵離子被氧化殆盡,以至于氧氣能夠被釋放到大氣中。就這樣,到了寒武紀(jì)時(shí),大氣中的氧氣含量足夠多,已經(jīng)能夠支持多細(xì)胞以及復(fù)雜生命的生存。因此寒武紀(jì)時(shí),生命開始多種多樣了起來;再加上它們演化出了堅(jiān)硬的外殼,以至于有很多化石也被保留了下來。

            至于為什么氧氣含量降低之后,多細(xì)胞生物依然能生存,這是因?yàn)槎嗉?xì)胞生物演化出了專門的器官來獲取氧氣,比如:腮、肺等。

            世上一切事物的出現(xiàn)都不會(huì)是偶然的,都有一個(gè)形成的必然過程,寒武紀(jì)的物種大爆發(fā)同樣如此。宇宙中的一切物質(zhì)結(jié)構(gòu)體最初都是由微能量粒子聚變而來。物質(zhì)最初由質(zhì)子,中子,光子,自由電子等在強(qiáng)能量場中聚變成原子,原子再化合成分子,再由不同的碳水化合物大分子鏈結(jié)聚合演變成細(xì)胞,最后才演變成地球中的原始生物藻類和三葉蟲類等,而這一切都需要在漫長的時(shí)空中演變。

            地球成形之后至少存在了四十六億年之久,地質(zhì)學(xué)家按時(shí)空物質(zhì)變化,建立了一套地質(zhì)時(shí)代體系,從大到小劃分為宙,代,紀(jì),世,期等單位。地質(zhì)學(xué)家將地球用最大的單位宙將我們生存的地球劃分為:冥古宙,太古宙,元古宙,和顯生宙四大宙。

            我認(rèn)為:冥古宙應(yīng)是整個(gè)地球還處在未成形的中子,質(zhì)子,電子,光子等的混合狀態(tài),就象宇宙中的太空星云及中子星,質(zhì)子星時(shí)期一樣,還處在星球演變的初期。太古宙初期應(yīng)象現(xiàn)在的太陽狀態(tài),中期為大部分為熔融態(tài)物質(zhì),晚期出現(xiàn)固態(tài)外殼和氣態(tài)大氣層。元古宙初期就有了相對(duì)穩(wěn)定的堅(jiān)硬外殼,到中期地球上應(yīng)有了充足的水,在低洼處形成了河江湖及原始海洋,形成了產(chǎn)生生命的溫床和搖籃,形成了原始細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì),產(chǎn)生了原始植物及動(dòng)物的始祖,直到元古宙晚期才有肉眼明顯可見的多細(xì)胞生物出現(xiàn)。

            直到距今五點(diǎn)四一億年前的寒武紀(jì)初期才形成生物大爆發(fā),標(biāo)志著顯生宙的來臨。顯生宙達(dá)數(shù)億年,根據(jù)生物在地球時(shí)空中的演變,又劃分為古生代,中生代,以及新生代。我們?nèi)祟惖某霈F(xiàn)就處在距今大約六千五百萬年前恐龍滅絕到至今的新生代。

            所以說,一切物質(zhì)和生命的形成都有一個(gè)漫長的演變時(shí)空過程,而且一切物質(zhì)都是由無形的微能量粒子聚變成有形的物質(zhì),而一切生命體也需要從有形的自然物質(zhì)的原子,分子結(jié)構(gòu)狀態(tài)演變成細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)狀態(tài),然后才能演變進(jìn)化成由細(xì)胞形成器官的復(fù)雜多樣的生命體。這是一個(gè)由能量到物質(zhì),由物質(zhì)演變成具有生命活體需要的漫長時(shí)空過程,也是一個(gè)由無形到顯形的過程。因此,地球在寒武紀(jì)以前是地球生命誕生以前的漫長孕育過程,寒武紀(jì)生物大爆發(fā)只是地球生命結(jié)構(gòu)體由簡到繁,由隱形孕育期到顯形誕生的關(guān)健時(shí)刻期點(diǎn)。

            在《物種起源》一書中,達(dá)爾文寫道“為什么整群的近似物種好像是突然出現(xiàn)在連續(xù)的地質(zhì)諸階段之中呢?雖然我們現(xiàn)在知道,生物早在寒武紀(jì)最下層沉積以前的一個(gè)無可計(jì)算的極古時(shí)期就在這個(gè)地球上出現(xiàn)了,但是為什么我們?cè)谶@個(gè)系統(tǒng)之下沒有發(fā)現(xiàn)巨大的地層含有寒武紀(jì)化石的祖先遺骸呢?”

            這就是5.4億年前至5.3億年前的早寒武紀(jì)生命大爆發(fā)——門類眾多的無脊椎動(dòng)物突然出現(xiàn)在化石記錄中,在早期的巖層中卻沒有明顯的祖先,這個(gè)問題也被稱為“達(dá)爾文之惑”。他在《物種起源》中承認(rèn),自己無法解釋寒武紀(jì)化石突然出現(xiàn)這一現(xiàn)象。那寒武紀(jì)大爆發(fā)這個(gè)現(xiàn)象具體情況是如何呢?

            要了解寒武紀(jì)生物大爆發(fā),需要把我們的視線轉(zhuǎn)到中國云南。1984年,我國云南澄江帽天山附近發(fā)現(xiàn)了澄江生物群,是保存完整的寒武紀(jì)早期古生物化石群,被稱為20世紀(jì)最驚人的發(fā)現(xiàn)之一。對(duì)澄江古生物化石群的研究證明,在寒武紀(jì)有過一次生命大爆發(fā),也就是距今5.3億年以前的數(shù)百萬年時(shí)間內(nèi),幾乎所有現(xiàn)生動(dòng)物門一級(jí)和絕滅了的相當(dāng)動(dòng)物門一級(jí)的生物在地層中突發(fā)性地出現(xiàn)了。這不僅為寒武紀(jì)生命大爆發(fā)這一非線性突發(fā)性演化提供了科學(xué)事實(shí),同時(shí)對(duì)達(dá)爾文漸變式進(jìn)化論產(chǎn)生了重大的挑戰(zhàn)(達(dá)爾文進(jìn)化論只能解釋生命演化的常態(tài)漸變過程,不能解釋突變過程)。

            澄江生物群共涵蓋16個(gè)門類、200余個(gè)物種化石。澄江生物群奇跡般地完好保存了生物的礦化骨骼,還保存了大量軟體組織印痕,如:表皮、感覺器、纖毛、眼睛、腸、胃、消化腺、口腔和神經(jīng)等,甚至有的動(dòng)物好像在臨死前還飽餐一頓,消化道里充滿著的食物仍可辨認(rèn)。

            正是由于這些豐富的化石信息,科學(xué)家們可以在此基礎(chǔ)上提出各種假說,解釋寒武紀(jì)大爆發(fā)的謎題。

            地球膨裂說

            地球膨裂說認(rèn)為“雪球地球”冰期后地溫急聚升高是寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的真正原因。“雪球地球”理論認(rèn)為,地球在距今7.5億到5.8億年前曾經(jīng)經(jīng)歷了一次極其嚴(yán)重而漫長的冰河時(shí)代——瓦蘭吉爾期,當(dāng)時(shí)陸地和海洋都被埋在1公里厚的冰層下。到5.4億年前,也就是寒武紀(jì)時(shí)期,氣溫急聚升高,非常適合生物繁衍,進(jìn)化速度急聚增加,所以促生了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)。

            1998年,甕安動(dòng)物群的發(fā)現(xiàn)支持了地球膨裂說。古生物學(xué)家陳均遠(yuǎn)、李家維在貴州甕安含磷地層中發(fā)現(xiàn)了遠(yuǎn)古動(dòng)物的卵、胚胎、幼蟲和成體動(dòng)物化石,這些最古老的動(dòng)物是在雪球事件剛剛過去之后,以神秘的方式出現(xiàn)的,距今5.8億年。甕安動(dòng)物群的發(fā)現(xiàn),表明在5.8億年前,貴州甕安一帶曾經(jīng)是充滿著蓬勃生機(jī)的生命樂園,或許,正是這個(gè)在生命經(jīng)歷了極端寒冷的“雪球”環(huán)境之后第一時(shí)間建立起來的生命樂園,為寒武紀(jì)生命大爆發(fā)點(diǎn)燃了導(dǎo)火索,為地球生命步入動(dòng)物時(shí)代邁出了第一步。

            Hox基因調(diào)控理論說

            Hox基因是一種“同源異形”基因,是動(dòng)物形態(tài)的設(shè)計(jì)師。這種基因在最早的動(dòng)物祖先中就已形成,在所有的脊椎動(dòng)物和絕大部分無脊椎動(dòng)物中普遍存在,調(diào)控的機(jī)理也相似,這表明Hox基因可能是最古老的基因之一。Hox基因是一種“同源異形”基因,是動(dòng)物形態(tài)的設(shè)計(jì)師。這種基因在最早的動(dòng)物祖先中就已形成,在所有的脊椎動(dòng)物和絕大部分無脊椎動(dòng)物中普遍存在,調(diào)控的機(jī)理也相似,這表明Hox基因可能是最古老的基因之一。

            比如,讓某個(gè)Hox基因發(fā)生突變,能使果蠅在該長眼睛的地方長出翅膀,或者在該長觸角的地方長出了腳。寒武紀(jì)生命大爆發(fā)很可能就是源于Hox基因突變,起初,Hox基因突變?cè)谂咛ピ缙谝鸬淖兓淮螅S著組織、器官的分化定型,突變的影響逐步被放大,導(dǎo)致身體結(jié)構(gòu)發(fā)生重大的改變。寒武紀(jì)時(shí)期生物的基因結(jié)構(gòu)、發(fā)育過程都比較簡單,Hox的基因突變?nèi)菀妆槐A簦Y(jié)果導(dǎo)致了生物的多姿多彩。


            寒武紀(jì)生物大爆發(fā)持續(xù)了多久

            寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的真正原因
            寒武紀(jì)生命大爆發(fā)被稱為古生物學(xué)和地質(zhì)學(xué)上的一大懸案。寒武紀(jì)生命大爆發(fā)自達(dá)爾文以來就一直困擾著進(jìn)化論等學(xué)術(shù)界。大約6億年前,在地質(zhì)學(xué)上稱做寒武紀(jì)的開始,絕大多數(shù)無脊椎動(dòng)物門在只2000多萬年時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了。這種幾乎是“同時(shí)”地、“突然”地在2000多萬年時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)在寒武紀(jì)地層中門類眾多的無脊椎動(dòng)物化石(節(jié)肢動(dòng)物、軟體動(dòng)物、腕足動(dòng)物和環(huán)節(jié)動(dòng)物等),而在寒武紀(jì)之前更為古老的地層中長期以來卻找不到動(dòng)物化石的現(xiàn)象,被古生物學(xué)家稱作“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”,簡稱“寒武爆發(fā)”。
            達(dá)爾文在其《物種起源》的著作中提到了這一事實(shí),并大感迷惑。他認(rèn)為這一事實(shí)會(huì)被用做反對(duì)其進(jìn)化論的有力證據(jù)。但他同時(shí)解釋到,寒武紀(jì)的動(dòng)物的祖先一定是來自前寒武紀(jì)動(dòng)物,是經(jīng)過很長時(shí)間的進(jìn)化過程產(chǎn)生的;寒武紀(jì)動(dòng)物化石出現(xiàn)的“突然性”和前寒武紀(jì)動(dòng)物化石的缺乏,是由于地質(zhì)記錄的不完全或是由于老地層淹沒在海洋中的緣故。這就是至今仍被國際學(xué)術(shù)界列為“十大科學(xué)難題”之一的“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”。 依照傳統(tǒng)和經(jīng)典的生物學(xué)理論,即達(dá)爾文生物進(jìn)化認(rèn)為,生物進(jìn)化經(jīng)歷了從水生到陸地、從簡單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)的漫長的演變過程,這一過程是通過自然選擇和遺傳變異兩個(gè)車輪的緩慢滾動(dòng)逐漸實(shí)現(xiàn)的。
            科學(xué)家們?yōu)榻沂尽昂浼o(jì)大爆發(fā)”的原因提出了種種假說。陳均遠(yuǎn)研究員提出寒武紀(jì)生物突變具有極明顯的自發(fā)性進(jìn)化行為的設(shè)想;舒德干教授提出“寒武紀(jì)暖水與冷水兩大古生物地理分區(qū)"的假說等,但目前還沒有一個(gè)清晰、證據(jù)確鑿、令人信服的解釋。
            寒武紀(jì)生命大爆發(fā)吸引了無數(shù)的古生物學(xué)家和進(jìn)化論者去尋找證據(jù)探討其起因,但都沒有找到寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的真正原因,所以把寒武紀(jì)生命大爆發(fā)認(rèn)為是反對(duì)進(jìn)化論的有力證據(jù)。
            地球膨裂說認(rèn)為“雪球地球’冰期后地溫急聚升高是寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的真正原因。“雪球地球”理論認(rèn)為,地球在距今7.5億到5.8億年前曾經(jīng)經(jīng)歷了一次極其嚴(yán)重而漫長的冰河時(shí)代——瓦蘭吉爾期。當(dāng)時(shí)不僅陸地全部被冰川覆蓋,海洋表面也被完全凍結(jié),液態(tài)水靠來自地球核心的熱量支持,存在于1公里厚的冰層下。如果從太空看,地球完全是一巨大的“雪球”。“雪球地球”假說最早由美國地質(zhì)學(xué)家約瑟夫·可西文克博士1992年首先提出。“雪球地球”的假說有哪些根據(jù)?第一,地球在距今6億到8億年間廣泛發(fā)育了一層或多層稱為“冰積巖”的冰川沉積,它代表了全球性的寒冷氣候。最著名的一次冰期發(fā)生在距今6億年左右,幾乎在現(xiàn)今所有大陸上都留下了可靠的記錄,地質(zhì)學(xué)上稱為瓦倫格冰期。不管怎樣,在地球上很好保存了距今6億到8億年的地層中,幾乎都能找到同期的冰川沉積。很顯然,這個(gè)寒冷氣候是一個(gè)全球性事件。第二,在地球的歷史中,很多數(shù)據(jù)表明,地球在距今6到8億年間,冰積巖大多沉積在中、低緯度附近,換句話說,也就是赤道和赤道附近,也是陸地主要分布的區(qū)域。這方面的資料得出這個(gè)結(jié)論:廣泛的寒冷氣候發(fā)生在地球的赤道及其附近區(qū)域。
            地球膨裂說認(rèn)為,雖然生命在38億年前形成,但因?yàn)榈厍蛑饾u變冷,直到8億年前的“雪球地球”時(shí)期的零下50度,冰層12000米厚,物種的進(jìn)化速度非常緩慢。
            “雪球”為什么解凍,變成現(xiàn)在這樣的地球,地球膨裂說認(rèn)為,8億年前,由于地球內(nèi)部的放射性物質(zhì)不斷衰變放出熱量,使地球發(fā)生較大膨裂,造成大量巖漿噴出地殼,使地球的氣溫急聚升高,冰川溶化,冰臼就是在這一時(shí)期形成的。地球氣溫從震旦紀(jì)(8億年前)的攝氏零下50度,上升到現(xiàn)在的最高溫度攝氏58度,8億年上升了108度,地球的氣溫平均每1千萬年自然升高1.35攝氏度。
            地球膨裂說認(rèn)為,8億年前地球的氣溫急聚升高,非常適合生物繁衍,進(jìn)化速度急聚增加,所以發(fā)生了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)。
            作者:賴柏林

            為什么寒武紀(jì)會(huì)出現(xiàn)生命大爆發(fā)?科學(xué)家提出兩種猜測

            天文學(xué)家

            阿爾伯特·愛因斯坦

            地球是一個(gè)物種豐富的生命世界,除了智慧生命人類之外,還有數(shù)百萬種以上的各種生物。人類進(jìn)入 科技 時(shí)代之后,一直在 探索 生命的起源,達(dá)爾文的《進(jìn)化論》提出之后,人們對(duì)于生命的起源有了追尋的方向。

            進(jìn)化演化是生命發(fā)展的核心,那么地球的生命起源于何時(shí)?對(duì)此,科學(xué)家通過大量的研究認(rèn)為,生命起源于38億年前,也就是在地球誕生8億年之后,最初的生命只是非常簡單的原始生命。而簡單的生命經(jīng)過不斷的進(jìn)化演化,才有了后來物種豐富的生命世界。

            根據(jù)達(dá)爾文的進(jìn)化論,生命的進(jìn)化演化是一個(gè)漸變式的過程,既然是漸變式的過程,那么在漫長的38億年里,生命物種的出現(xiàn)基本應(yīng)該是平均的,在不同的生命階段都應(yīng)該有生物化石才對(duì)。

            可是科學(xué)家通過大量的研究卻發(fā)現(xiàn),事情并不是這樣,考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大量的古生物化石,這些生物化石基本都是集中在5億年前,更早的生物化石基本沒有。而5億年前的那個(gè)時(shí)段也被科學(xué)家稱之為寒武紀(jì)生命大爆發(fā),大約在5億4200萬年前到5億3000萬年前,地球生命迎來了輝煌的大爆炸時(shí)期,出現(xiàn)了門類眾多的無脊椎動(dòng)物化石。

            通過大量的考古發(fā)現(xiàn),已經(jīng)證明了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的正確性,于是一個(gè)謎團(tuán)就出現(xiàn)了:地球有38億年的生命史,為什么寒武紀(jì)會(huì)出現(xiàn)生命大爆發(fā)?在寒武紀(jì)之前的那30多億年的生命歲月里,為什么沒有大量的生物化石?

            這個(gè)問題讓無數(shù)的科學(xué)家感到頭疼,就連達(dá)爾文都曾經(jīng)在《物種起源》中表露過這個(gè)疑惑,不少的人們對(duì)于地球生命的起源產(chǎn)生了懷疑,對(duì)進(jìn)化論產(chǎn)生了懷疑。寒武爆發(fā)吸引了無數(shù)的古生物學(xué)家和進(jìn)化論者去尋找證據(jù)探討其起因。經(jīng)過長時(shí)間的研究 探索 ,科學(xué)家對(duì)這種情況提出了兩種觀點(diǎn)。

            第一種觀點(diǎn)是含氧量突變說,此觀點(diǎn)認(rèn)為,在20億年前,地球大氣的含氧出現(xiàn)了一次劇變,含量開始大幅提升。而在此之前,地球的含氧量是非常低的,那個(gè)時(shí)候的生命是厭氧微生物,都生存在海洋中,氧氣的缺乏讓生命的進(jìn)化演化之路非常緩慢,10多億的時(shí)間也沒有讓生命迎來轉(zhuǎn)機(jī)。

            直到20億年前,地球上出現(xiàn)了一種特別的生物,它就是藍(lán)藻。藍(lán)藻是一種非常霸道的生物,它的繁殖特別快,而且它也是地球上第一個(gè)出現(xiàn)的,能夠進(jìn)行光合作用的生物。

            我們都知道,植物的光合作用能夠釋放出氧氣,而在20億年前,地球大氣的二氧化碳含量是非常高的,那個(gè)時(shí)候的地球非常炎熱,直到藍(lán)藻出現(xiàn)之后,通過光合作用不斷吸收大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣,于是地球大氣發(fā)生了劇烈的變化,氧氣含量大幅增加。

            經(jīng)過漫長的歲月,大面積的藍(lán)藻釋放出了大量的氧氣,同時(shí)也吸收掉了大量的二氧化碳,地球的氣溫開始下降,由原來的炎熱轉(zhuǎn)變?yōu)闇嘏Q鯕獾拇罅砍霈F(xiàn),促使厭氧生物逐漸退出 歷史 舞臺(tái),同時(shí)促進(jìn)了一部分古細(xì)菌發(fā)生演化,成為適應(yīng)富氧環(huán)境的真核生物。

            氧氣的不斷增多,讓地球的生態(tài)環(huán)境也發(fā)生了一系列變化,生命的進(jìn)化演化速度加快,多樣性也發(fā)生著變化。多細(xì)胞生物快速進(jìn)化和演化,最終引來了5億多年前的這場生命大爆發(fā),拉開了地球生命向高級(jí)生物演化的帷幕。

            第二種觀點(diǎn)是收割原理說,這個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為在寒武紀(jì)生物大爆發(fā)之前,地球上所有的生命都是非常簡單的生命。這些簡單生命之前不存在明顯的食物鏈和階級(jí)性,不同物種之前基本也沒有什么競爭,沒有所謂的天敵存在。這樣的生命世界可想而知是一片死氣沉沉。

            可是量變能夠引起質(zhì)變,當(dāng)大量的簡單生命經(jīng)過30多億年的積累之后,終于在寒武紀(jì)時(shí)期產(chǎn)生了質(zhì)變,更高級(jí)的生物在這場質(zhì)變中登上了 歷史 舞臺(tái),開啟了后來輝煌的生命進(jìn)化演化之路。

            這個(gè)觀點(diǎn)是指地球上的生物在5億多年前進(jìn)化演化非常緩慢,基本沒什么太大的變化,這是一個(gè)積累的過程。當(dāng)積累到一定程度之后,在5億多年前迎來了生命大爆發(fā)。

            以上兩個(gè)觀點(diǎn),到底哪一個(gè)才是正確的,目前無人可以難出準(zhǔn)確答案。我們研究 探索 生命的起源和進(jìn)化演化歷程,主要還是通過不斷發(fā)現(xiàn)的古生物化石,正是因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)的古生物化石基本都是來自于寒武紀(jì),所以才有了寒武紀(jì)生物大爆炸的提出。

            而在寒武紀(jì)之前的漫長歲月里,我們發(fā)現(xiàn)的生物化石非常稀少,在地層中幾乎找不到它們的化石。出現(xiàn)這種情況的原因可能非常復(fù)雜,科學(xué)認(rèn)為在寒武紀(jì)之前還沒有硬骨生物的出現(xiàn),所以生物很難以化石的形式保存下來,再加上5億多年前,地質(zhì)變動(dòng)特別厲害,也很難給化石保存的時(shí)機(jī)。

            5億多年前的寒武紀(jì)出現(xiàn)了硬骨生物,地質(zhì)活動(dòng)也逐漸穩(wěn)定了下來。這個(gè)時(shí)候生物化石更容易保存,也更容易被我們發(fā)現(xiàn)。總體來說,寒武紀(jì)生命大爆發(fā)還有許多的謎團(tuán)目前無法搞清楚,而要真正揭開這些謎團(tuán),還需要科學(xué)的不斷進(jìn)步。

            只有科學(xué)力量不斷強(qiáng)大起來,那么我們就可以深入更深的地殼深處,或許會(huì)有意想不到的重大發(fā)現(xiàn)。同時(shí),通過對(duì)基因技術(shù)的不斷研究 探索 ,在未來人類有可能也可以創(chuàng)造生命并觀察它們的進(jìn)化演化歷程。通過這樣的觀測研究,或許能夠讓我們真正搞明白生命的起源以及它整個(gè)進(jìn)化演化是什么樣子。

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