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小知識生活百科

寒武紀生物大爆炸地球誕生在46億年前,至5.43億年前進入了地質歷史上被稱為“寒武紀”的時期 。寒武紀從5.43億年前開始,至4.90億年前結束,歷時0.53億年 。從地球誕生至寒武紀,地球歷經了40.57億年的漫長時期,這一時期簡稱為前寒武紀 。前寒武紀雖然時間很長,但在前寒武系中所發現的生物化石很少,而且偶有發現也是比較低等的生物 ?？墒?到了寒武紀很多高等生物突然像“井噴”一樣,在地層中冒了出來 。這些生物是如何進化來的?它們的祖先在哪里?這個“噴”出來的“生命世界”,怎么會與進化論的真理完全背道而馳?真有無本之木、無源之水嗎?這就是令科學家們困惑不解的謎團之一——寒武紀生物大爆炸 。
生物大爆炸示意圖
轟動全世界的寒武紀生物大爆炸,最典型地點在哪里?它就在我國云南省澄江縣帽天山,我國科學家稱之為澄江動物群 。
7.1.1 澄江動物群
澄江動物群是我國科學家于1984年在我國云南澄江東部的帽天山中發現的 。其地層時代為下寒武統(即寒武紀早期)筇竹寺組玉案山段,距今約5.3億年 。澄江動物化石群持續的時間可能長達300萬~100萬年 。
澄江動物群的化石,其保存的完美度好得令人難以置信 。如蠕形動物帽天山蟲,猶如活的一般,穴居在海底的軟泥里,它的如蚯蚓一樣的體環非常清晰,就連消化道也依稀可見 。全部為軟組織的蠕蟲,成為化石以后,還像當初活的一般,真難以想象;好運華夏鰻,不但骨骼保存完整,其軟體部分也保存得非常好,它好像正在水底游動;還有猶如現在還活著似的西大動物、撫仙湖蟲和尖峰蟲等 。其他化石也和它們一樣,雖已成化石,但如刻、如雕、如畫,栩栩如生,如云南蟲、微網蟲、那羅蟲、瓦普塔蝦、高足杯蟲、始蟲、古萊得利基蟲等 。這些保存狀況無與倫比的澄江動物群化石發表后,全球為之驚嘆 。最令人驚異和興奮的是這里竟然還發現了魚化石:昆明魚 。這是迄今為止全球發現的最古老的魚,被國外媒體稱為天下第一魚--中國魚 。此外,還發現了?？隰~ 。真正的魚類,以前只在泥盆紀(距今4.10億~3.54億年)才有所發現,昆明魚和?？隰~出現的時間是5.3億年前 。所以,這兩類魚化石的發現,把魚類出現的時間,提前了1.2億年 。因此,澄江動物群的發現,改寫了地球動物進化的歷史,對生命發展史的研究作出了劃時代的貢獻 ?！都~約時報》認為這是20世紀最驚人的發現;美國《科學新聞》欣喜異常地說,它使陷于絕望的探索生命起源的科學家們歡欣鼓舞 。澄江動物群的產地帽天山,于1992年被聯合國教科文組織列為“全球地質遺跡東亞優先甲等第四號” 。從此,帽天山就成為研究生命起源科學家們的“麥加” 。
澄江動物群的地層位置(據侯先光等,1999)
澄江動物群:蠕形動物帽天山蟲化石(據陳均遠等,1996)
澄江動物群含有眾多門類的化石,總共160多屬,190余種 。澄江動物群化石,種類眾多,保存完好,前所未見,聞所未聞,奇特至極,猶如天外來客,令人驚嘆、振奮而又迷惑:它們是從哪里來的?
澄江動物群:頭索動物華夏鰻化石
澄江動物群:半索動物云南蟲化石
澄江動物群:奇特皮魚型動物西大動物化石
澄江動物群:葉足動物微網蟲
微網蟲復原圖
澄江動物群(約5億年前)復原圖
澄江動物群:節肢動物那羅蟲化石
澄江動物群:節肢動物周小姐蟲(右上)與那羅蟲(左下)復原圖
澄江動物群:節肢動物撫仙湖蟲化石
澄江動物群:節肢動物撫仙湖蟲復原圖
澄江動物群:腔腸動物高足杯蟲化石
澄江動物群:節肢動物始蟲化石
澄江動物群:浮游雙瓣殼節肢動物瓦普塔蝦化石
澄江動物群:節肢動物尖峰蟲化石
澄江動物群:底棲生物腔腸動物先光?？?下中偏右)、高足杯蟲(右和右下)和帶蟲(左下)復原圖
澄江動物群:節肢動物始蟲
澄江動物群:浮游雙瓣殼節肢動物等刺蟲(左上)、瓦普塔蝦(右)、古蟲(中下)復原圖
澄江動物群:節肢動物古萊得利基蟲(一種三葉蟲)化石
三葉蟲復原圖
灰姑娘蟲化石
澄江動物群:節肢動物灰姑娘蟲(上)、謎蟲(下)復原圖
奇蝦化石
澄江動物群:與節肢動物具有同源演化關系的奇蝦動物奇蝦復原圖
昆明魚化石
?？隰~化石
(舒德干供稿)
7.1.2 寒武紀生物大爆炸的歷史回顧與科學思考
澄江動物群給我們演示了如夢如幻大爆炸的一幕,但驚喜之后百問叢生 。為什么如此眾多門類、包含有節肢動物、脊索動物和脊椎動物等高級生物會在此刻突然涌現?為什么在前寒武紀漫長的40.7億年中,我們卻很少發現類似的化石?澄江動物群祖先們走過的歷史“足跡”留在了何方?大爆炸的生物真的是從天外突至?難道真有無本之木、無源之水?難道生命的演化能夠停駐40多億年?又是什么因素引發了大爆炸?我們應如何科學地解譯寒武紀生物大爆炸給出的信息?大爆炸意味著什么?這些問題有待我們一一破解 。
7.1.2.1 歷史回顧
(1)布爾吉斯動物群 。無獨有偶,1909年,美國科學家在加拿大落基山的中寒武紀地層里發現了布爾吉斯動物群 。當時的布爾吉斯動物群也轟動了全世界,因為它和澄江動物群一樣,幾乎含有所有的現生動物的各個門類,同時還包含了許多已滅絕的門類和難以歸屬的化石 。不但種類豐富,數量也多得驚人,僅美國的自然歷史博物館就收藏了65000件布爾吉斯動物群的標本 。但是,布爾吉斯動物群距今5.15億年,時代為中寒武世;而澄江動物群距今5.3億年,時代為早寒武世 。所以,布爾吉斯動物群是澄江動物群的晚輩,其比澄江動物群要晚1500萬年 。因此,我們可以設想,從地球誕生至澄江動物群出現的,這40.7億年漫長的歲月中,一定還有另外的“澄江動物群”,只是我們現在還沒有在地層的記錄中找到它們而已 。“寒武紀生物大爆炸”不會是上帝制造的,也不會是突然冒出來的,生命演化的過程也不可能被“冰封”40多億年 。
布爾吉斯動物群復原圖
(2)梅樹村動物群 。澄江動物群之后,有布爾吉斯動物群 。在澄江動物群之前,并不是沒有發現任何化石,科學家在其之前就找到了梅樹村動物群(小殼動物群)、甕安動物群和埃迪卡拉動物群 。小殼動物群是在5.4億年前早寒武世初期出現的帶殼的海生無脊椎動物的總稱 。它包含有多種門類帶殼的海洋無脊椎動物化石,如雙殼類、腕足類、腹足類、喙殼類、軟舌螺類、單板類、錐石類、節肢動物、海綿、管狀動物、球狀動物、牙形石等眾多門類和一些很難確定其分類位置的動物化石,其化石很小,一般在0.1~5毫米 。在我國以長江流域下寒武統底部梅樹村階的動物群最為典型,所以被稱之為梅樹村動物群 。它比澄江動物群早1000萬年,約為5.4億年前 。
從現在的發現與研究來看,寒武紀生物大爆炸可以分為3次:第一次大爆炸產生了梅樹村動物群,距今5.4億年,可稱為序幕;第二次大爆炸產生了澄江動物群,距今5.3億年,為頂峰期;第三次大爆炸產生了布爾吉斯動物群,距今5.15億年,為尾聲 。
【遼寧錦州附近旅游景點大全 遼寧錦州附近旅游景點大全地圖】梅樹村動物群化石
梅樹村動物群在我國的秦嶺、華北南部、長江流域、塔里木盆地都有發現,它在全球的分布也很廣 。因為分布廣、數量多且門類少等原因,人們對其重視的程度遠不如澄江動物群、布爾吉斯動物群 。不過,科學家在前寒武紀(5.43億年前)的地層中,還發現了另外兩個動物群——埃迪卡拉動物群和甕安動物群 。
(3)埃迪卡拉動物群 。1947年,科學家在澳大利亞中南部埃迪卡拉地區的前寒武紀末期5.6億年前的龐德砂巖層中,發現很多特別奇異的化石 。有的像花朵,有的像雕刻出來的花紋圖章,有的像直立的大片焦葉 。它們看起來像植物,其實都是動物,和我們現在所看到的動植物的形態截然不同 。有的沒有口、沒有腸,也沒有肛門,如何生存,令人困惑 。它們真的和深海黑煙囪的動物一樣靠共生的化學自養細菌生存嗎?埃迪卡拉動物群含有三個門、19個屬、24種低等無脊椎動物 。3個門是腔腸動物門、環節動物門和節肢動物門 。其中,水母7屬9種;水螅3屬3種;海鰓目(珊瑚綱)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 。除了澳大利亞以外,埃迪卡拉動物群在北美、英格蘭、瑞典、威爾士、新西蘭、波羅的海、東歐、西伯利亞和我國華南等地均有分布 。其實,早在1908年,科學家就在納米比亞地區發現了該動物群化石,但是,不知什么原因,沒有引起各方人士的重視 。在這里特別值得一提的是,2006年我國科學家在貴州省江口前寒武紀末期5.6億年前的地層里,發現一只非常精美的八臂仙母蟲:輪盤形、直徑25~31毫米、與1元錢硬幣大小相當 。
八臂仙母蟲化石及其復原圖
埃迪卡拉動物群化石
埃迪卡拉動物群化石
埃迪卡拉動物群復原圖
(4)甕安動物群 。我國科學家在貴州甕安前寒武紀末期震旦紀的地層里,發現了距今5.8億年的動物化石,稱之為甕安動物群 。甕安動物群中發現的動物的卵和動物的多細胞胚胎(如水螅胚胎)化石震驚了全世界 。在5.8億年前的前寒武紀末期的地層里,人們從來沒有想象過能找到如此精美的化石,更難以預料它們竟然是卵和胚胎化石 。科學家們驚呼:它是一扇探索原始動物起源的閃亮窗口,開啟了儲存原始生命奧秘的信息庫 。此外,甕安動物群還含有管狀后生動物、微小兩側對稱的后生動物、可疑海綿動物、腕足動物和環節動物、珊瑚幼蟲和藻類等 。我們特別要著重提出的是,依據對甕安動物群中動物的卵和動物的多細胞胚胎的研究,其卵裂的方式已經不是最原始、最簡單的形式,而是包含有輻射卵裂、旋轉卵裂、螺旋式卵裂、雙重螺旋卵裂、四重螺旋卵裂;同時含有具極葉形式胚胎和與現生扁蟲相似的T字形四細胞胚胎 。這些高級形式的卵裂和胚胎,表明甕安動物群至此已經走過了很長的演化歷程,表明除了在寒武紀時出現的高級的節肢動物和脊索動物以外,其他低級無脊椎動物門類的祖先可能已經顯現 。甕安生物群比埃迪卡拉動物群早2000多萬年 。甕安動物群是迄今為止在地層里所發現的最古老的動物化石,是研究遠古生命演化歷程最為寶貴的記錄 。
甕安動物群
甕安動物群
甕安動物群:真體腔兩側對稱動物貴州小春蟲復原圖(約0.2毫米)
甕安動物群
甕安動物群和埃迪卡拉動物群的發現,證明了在寒武紀之前除了高級的脊索動物沒有以外,其他高級的無脊椎動物如節肢動物等幾乎都有 。其對破解寒武紀生物大爆炸之謎,提供了科學的證據 。
7.1.2.2 科學思考
如前所述,寒武紀生物大爆炸在寒武紀里并不是空前絕后的一次,目前已知它一共有3次 。在寒武紀之前,也并不是沒有生物存在,所以如果要說生物大爆炸的話,在寒武紀之前已發現有兩次,與寒武紀的3次合計共5次 。其由老到新的次序為:甕安動物群(5.8億年前)、埃迪卡拉動物群(5.6億年前)、梅樹村動物群(5.4億年前)、澄江動物群(5.3億年前)、布爾吉斯動物群(5.15億年前) 。它們從前寒武紀末期的震旦紀(埃迪卡拉紀)至寒武紀中期,跨越了時間的長河、大步地發展而來 。這個發展史,使科學家們確信生命的演化有其自己的歷程,從簡單到復雜、從低級到高級、從多樣性貧乏到多樣性豐富、從智能低到智能高;生命的表現形式也不會總是如今這個樣子 。它們會從量變到質變、從漸變到突變,或者反轉過來從質變轉成量變、從突變轉成漸變 。這個發展史,也證明了“大爆炸”中出現的生物,并不是從天上掉下來的,更不是上帝的手捏出來的,而是其自身歷史發展的必然結果 。因此,在某種意義上講,前寒武紀的甕安動物群和埃迪卡拉動物群已經為其后來的寒武紀生物大爆炸準備好了“導引線”和“炸藥”,它使存疑百年的寒武紀生物大爆炸之謎自然消融,使因被大爆炸的“沖擊波”沖擊,而偏離進化論的學者,又回歸到了正確的軌道,也使神創論煙消云散 。
所以,科學地講,寒武紀的生物大爆炸,既不是大爆炸,也不是大爆發,把它稱之為像考古一樣的大發現,可能更加貼切,更加符合地質記錄的實際狀況 。因為,有的記錄我們可能還沒有發現,有的記錄還可能缺失 。而且,這些“曇花一現”式的動物群所記錄的時間,一般只有100萬~300萬年,它們對于46億年漫長的地質記錄來說,只是很短的“一瞬間” 。所以,從上面的論述中,人們一定會相信,隨著科學的發展、技術的進步、思路的拓新、對生命表現形式認識的變革、工作的深入、時間的前進,人們在寒武紀長達0.53億年的地層里,在長達40.57億年的前寒武紀的地層里,一定會發現更多、更豐富的生物群 。生命發展的斷鏈,一定會被新發現的環扣連接上 。
寒武紀物種大爆發的原因是什么寒武紀生命大爆發的真正原因
寒武紀生命大爆發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只2000多萬年時間內出現了 。這種幾乎是“同時”地、“突然”地在2000多萬年時間內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，并大感迷惑 。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，寒武紀的動物的祖先一定是來自前寒武紀動物，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，是由于地質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術界列為“十大科學難題”之一的“寒武紀生命大爆發” 。依照傳統和經典的生物學理論，即達爾文生物進化認為，生物進化經歷了從水生到陸地、從簡單到復雜、從低級到高級的漫長的演變過程，這一過程是通過自然選擇和遺傳變異兩個車輪的緩慢滾動逐漸實現的 。
科學家們為揭示“寒武紀大爆發”的原因提出了種種假說 。陳均遠研究員提出寒武紀生物突變具有極明顯的自發性進化行為的設想；舒德干教授提出“寒武紀暖水與冷水兩大古生物地理分區"的假說等，但目前還沒有一個清晰、證據確鑿、令人信服的解釋 。
寒武紀生命大爆發吸引了無數的古生物學家和進化論者去尋找證據探討其起因，但都沒有找到寒武紀生命大爆發的真正原因，所以把寒武紀生命大爆發認為是反對進化論的有力證據 。
地球膨裂說認為“雪球地球’冰期后地溫急聚升高是寒武紀生命大爆發的真正原因 。“雪球地球”理論認為，地球在距今7.5億到5.8億年前曾經經歷了一次極其嚴重而漫長的冰河時代——瓦蘭吉爾期 。當時不僅陸地全部被冰川覆蓋，海洋表面也被完全凍結，液態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” ?！把┣虻厍颉奔僬f最早由美國地質學家約瑟夫·可西文克博士1992年首先提出 。“雪球地球”的假說有哪些根據？第一，地球在距今6億到8億年間廣泛發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生在距今6億年左右，幾乎在現今所有大陸上都留下了可靠的記錄，地質學上稱為瓦倫格冰期 。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，這個寒冷氣候是一個全球性事件 。第二，在地球的歷史中，很多數據表明，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域 。這方面的資料得出這個結論：廣泛的寒冷氣候發生在地球的赤道及其附近區域 。
地球膨裂說認為，雖然生命在38億年前形成，但因為地球逐漸變冷，直到8億年前的“雪球地球”時期的零下50度，冰層12000米厚，物種的進化速度非常緩慢 。
“雪球”為什么解凍，變成現在這樣的地球，地球膨裂說認為，8億年前，由于地球內部的放射性物質不斷衰變放出熱量，使地球發生較大膨裂，造成大量巖漿噴出地殼，使地球的氣溫急聚升高，冰川溶化，冰臼就是在這一時期形成的 。地球氣溫從震旦紀（8億年前）的攝氏零下50度，上升到現在的最高溫度攝氏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 。
地球膨裂說認為，8億年前地球的氣溫急聚升高，非常適合生物繁衍，進化速度急聚增加，所以發生了寒武紀生命大爆發 。
作者：賴柏林
地球在什么時候開始出現生物大爆發寒武紀是顯生宙(PhanerozoicEon)的開始，標志著地球生物演化史新的一幕 。在寒武紀開始后的短短數百萬年時間里，包括現生動物幾乎所有類群祖先在內的大量多細胞生物突然出現，這一爆發式的生物演化事件被稱為“寒武紀生命大爆炸”(Cambrianexplosion) 。帶殼、具骨骼的海洋無脊椎動物趨向繁榮，它們營底棲生活，以微小的海藻和有機質顆粒為食物，其中，最繁盛的是節肢動物三葉蟲，故寒武紀又稱為“三葉蟲時代”，其次是腕足動物、古杯動物、棘皮動物和腹足動物，寒武紀的生物形態奇特，和我們現在地球上所能看見的生物極不相同 。比較著名的有早寒武世云南的澄江動物群、加拿大中寒武世的布爾吉斯頁巖生物群 。寒武紀的生物界以海生無脊椎動物和海生藻類為主 。無脊椎動物的許多高級門類如節肢動物、棘皮動物、軟體動物、腕足動物、筆石動物等都有了代表 。其中以節肢動物門中的三葉蟲綱最為重要，其次為腕足動物 。此外，古杯類、古介形類、軟舌螺類、牙形刺、鸚鵡螺類等也相當重要 。拋開牙形石不說，高等的脊索動物還有許多其他代表，如我國云南澄江動物群中的華夏鰻、云南魚、?？隰~等，加拿大布爾吉斯頁巖中的皮開蟲，美國上寒武統的鴨鱗魚 。采納哦