上古地球在进入寒武纪后为什么会出现“生物大爆发”？

1. 上古地球在进入寒武纪后为什么会出现“生物大爆发”？

在地球生命演化的历史上，存在着一段匪夷所思的时期，在这段时间里，生命形式突然变的五花八门，而现在地球上绝大多数的物种门类，基本都是在那段时间出现的，这就是人们常说的，寒武纪生命大爆发

2. 美媒：5亿多年前，寒武纪生物“大爆发”或改变了地球

 
   近日，美国RealClear Science网站发文：The Surprisingly Swift End to Evolution's 'Big Bang'（进化的“大爆发”以惊人的速度结束）。文章称，5亿多年前的寒武纪，在生物学上被称为“大爆炸”时期。几乎所有的主要动物，都是在此时进化而来的，从水母到脊椎动物，它们陆陆续续的出现在这个星球上，并形成了我们今天所看到的地球。
   
   文章称，最近发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上的一项研究显示，这种轰轰烈烈的进化运动，在经过爆发时期后，却以出人意料地速度结束。动物们可能只花了2000万年，就填满了地球上大部分空白的生态位。从那时起，进化的速度大大减慢，恢复到被认为正常的速度，并在此后的5亿2千万年间一直持续着，直到现在。而在6600万年前，恐龙的大灭绝使地球生态位遭到第一次严重破坏。
   
    地球有史以来最大的“生物位”空白 
   生命最早出现在至少35亿年前，但在随后的30亿年里，地球上仅仅存在着结构简单的微生物，直到5亿多年前寒武纪生物大爆发。
   文章称，研究结果表明，进化可以迅速地填补巨大的生态真空。当一个物种发现自己被巨大的空间包围时，它会迅速进化成，具有不同生活方式的一系列不同物种(如食草动物或食肉动物)，用来填补失剩余的空间。而随着环境趋于饱和，进化速度会逐渐放缓到正常水平。例如，澳大利亚的有袋生物和加勒比海的anole蜥蜴，就曾经历过这样的过程。
   
   文章认为，寒武纪初期(约5.41亿年前)，现代动物开始进化。它们迅速地分化成，今天看到的所有主要的动物种类(门)，如水母和珊瑚，分节蠕虫(如蚯蚓)，软体动物(如蜗牛)，节肢动物(如螃蟹)，甚至脊椎动物(脊骨动物，最终包括我们自己)。
   世界各地化石遗址，或许可以证明这一点。如加拿大的伯吉斯页岩(Burgess Shale)和中国的澄江页岩(Chengjiangin China)，都保存着寒武纪(Cambrian)时期的奇特而又为人熟知的生物化石。
   
   文章称，但科学家们不清楚的是，这种“生命大爆发”的状态究竟持续了多长时间。如果持续时间，是从5.41亿年前到4.85亿年前的话，那么这就意味着生物大概需要几千万年，才能填满我们的星球。
    “爆发期”很短暂 
   文章称，科学家们的研究是建立在数学上的，由于化石记录的不完整，这使得生物进化的速度很难计算。通常情况下，一个死的有机体，最终变成石头（化石）需要复杂的事件链，这意味着大多数生物尸体会随着时间流失。尽管会出现一些罕见的例子，然而更常见的情况是，研究者在一个地方发现了颌骨，然后在另一个大陆上发现了比它年轻数百万年的肢骨。
   
   因此，当化石信息不完整时，研究者只能根据手头上的模糊信息，来推断出可能的答案。如果现代动物，是在寒武纪早期开始进化的，那么它们填满整个地球大概只用了2000万年。虽然这个数字看上去很大，但它只占地球35亿年生命 历史 的0.5%，因此这令人感到惊讶。
   
    进化是生物的本能 
   文章称，研究结果也同时证明了，动物的进化会利用每一个机会，这是它们与生俱来的能力。正如《侏罗纪公园》(Jurassic Park, 1993年)电影里，虚构的数学家伊恩-马尔科姆(Ian Malcolm)所说的那样，“生活总有办法”!
   寒武纪的大爆发，使动物首次充满了整个地球，同时也让后面发生的几次大灭绝，变得如此“悲壮”！今天，随
   
   ​着人类的转变和对地球的压力，我们正面临另一场大规模灭绝。曾经，有人乐观地认为，生物进化的速度很快，它们可能会适应人类制造的最坏结果。
   但由人类活动，所引发的快速进化并非人们所希望的。例如，进化出翅膀同时不妨碍交通的燕子，看上去很可爱，但对抗生素有抗药性的超级细菌，以及适应了伦敦地铁的地下蚊子，就谈不上“可爱”了。
   

3. 地球史上一次物种大爆发，寒武纪之谜你了解吗？

4. 地球为什么会在寒武纪突然发生生物大爆发呢？

化石形成难度可以解释寒武纪地层化石量的激增。那么，寒武纪大爆发是不是一个假象？或者说，寒武纪究竟有没有生物种类的“大爆发”呢？答案是肯定的。
生物演化的亿万年当中，物种数量的激增和锐减其实很常见，而这些数量的突然变化，往往与演化史中的重大事件或是环境的重大事件有关。环境变化使得生物不再适应环境而大幅灭绝，腾出来的巨大生态位很快被适应力强、生存能力或是繁殖能力更强的生物抢占。
除了寒武纪大爆发之外，埃迪卡拉生物群也是地质学上非常著名的一次“大爆发”，这场“多细胞生物狂野的尝试”比寒武纪大爆发早四千万年。在这场物种激增的过程中，出现了难以想象数量的多细胞生物。这部分生物没有甲壳，却也在地层中留下了庞大数量的化石痕迹。但可惜的是，现存的多细胞生物与这一次疯狂的演化尝试没有太大联系。也正因为这一点，与产生了现存所有无脊椎动物门类的寒武纪大爆发相比，埃迪卡拉生物群的知名度就低多了。这一次物种数量的“爆发”，源于生物演化上的一个大事件：分化的出现，或者说，多细胞生物的出现。同时，这个年代的生物圈当中没有大型生物的捕食关系，大部分生态位是空白的。新型动物的出现也就能够安置于庞大的空缺当中。
那么寒武纪大爆发是怎么回事呢？
首先，寒武纪之前的地球出现了一个重要的环境变化：氧气的积累。在光合作用出现的早期，地球的环境是还原性的，产生的氧气会与铁、硫等物质结合。随着时间的流逝，地球的大气逐渐成为氧化性。氧气的积累使得海洋中氧含量升高，能够支持起初期的、没有有效呼吸结构的多细胞生物生存。同时氧气的积累使得地球具有了臭氧层，使得生物有了登陆和浅海区域生存而不被紫外线伤害的可能。
其次，寒武纪之前的化石中出现了一个重大特征：分节。什么是分节呢？蜈蚣一节又一节的身体就是一种分节。在动物体内，每一个体节都具有相似的结构，这使得动物在缺失部分体节之后仍然能够存活，而不是丢失了某些重要结构而不能完成正常生命活动，例如蚯蚓。但分节的意义不止于此，动物的分节就像是基因组里的多拷贝：有了“备份”之后，某一个“备份”出现一些失去功能的突变就不是那么打击性了。这使得动物“多余”的体节可以出现与其他体节不同的功能，这一群基因就是对动物胚胎发育极为重要的Hox基因家族。寒武纪产生了一个特殊的器官：眼。
眼赋予了动物更为强大的观察能力，这给寒武纪的捕食关系带来了巨大冲击。捕食者与被捕食者的关系迅速产生。具有眼的捕食者和被捕食者在选择压力下不断协同演化。火山运动给海洋带来的大量钙质使得生物形成钙质的保护性骨骼成为可能。捕食关系给生物的运动能力和感觉能力提出了挑战：更快、更强劲、更敏锐成为动物演化的方向。与寒武纪之前的被动取食完全不同，主动猎食的选择压力使得动物在短时间内产生了强大的呼吸器官（例如腮）、强大的骨骼肌、强大的神经系统（甚至出现了神经元集中的脑）、强大的运动结构（例如体节愈合、异化的附肢）。动物快速向不同的捕食与防止被捕食的方向辐射适应，形成了寒武纪生物大爆发的结果。
综合来说，寒武纪大爆发是动物在氧含量和钙浓度适宜的背景下，由于眼的出现给捕食关系带来的巨大冲击造成的选择压力下，向着与之前完全不同的方向——运动能力、感觉能力更强，保护结构、拟态、警戒色更为发达——快速辐射适应的结果。
 

5. 寒武纪生物大爆发的时间

寒武纪生命大爆发的真正原因
寒武纪生命大爆发被称为古生物学和地质学上的一大悬案。寒武纪生命大爆发自达尔文以来就一直困扰着进化论等学术界。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只2000多万年时间内出现了。这种几乎是“同时”地、“突然”地在2000多万年时间内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”。
达尔文在其《物种起源》的著作中提到了这一事实，并大感迷惑。他认为这一事实会被用做反对其进化论的有力证据。但他同时解释到，寒武纪的动物的祖先一定是来自前寒武纪动物，是经过很长时间的进化过程产生的；寒武纪动物化石出现的“突然性”和前寒武纪动物化石的缺乏，是由于地质记录的不完全或是由于老地层淹没在海洋中的缘故。这就是至今仍被国际学术界列为“十大科学难题”之一的“寒武纪生命大爆发”。 依照传统和经典的生物学理论，即达尔文生物进化认为，生物进化经历了从水生到陆地、从简单到复杂、从低级到高级的漫长的演变过程，这一过程是通过自然选择和遗传变异两个车轮的缓慢滚动逐渐实现的。
科学家们为揭示“寒武纪大爆发”的原因提出了种种假说。陈均远研究员提出寒武纪生物突变具有极明显的自发性进化行为的设想；舒德干教授提出“寒武纪暖水与冷水两大古生物地理分区"的假说等，但目前还没有一个清晰、证据确凿、令人信服的解释。
寒武纪生命大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，但都没有找到寒武纪生命大爆发的真正原因，所以把寒武纪生命大爆发认为是反对进化论的有力证据。
地球膨裂说认为“雪球地球’冰期后地温急聚升高是寒武纪生命大爆发的真正原因。“雪球地球”理论认为，地球在距今7.5亿到5.8亿年前曾经经历了一次极其严重而漫长的冰河时代——瓦兰吉尔期。当时不仅陆地全部被冰川覆盖，海洋表面也被完全冻结，液态水靠来自地球核心的热量支持，存在于1公里厚的冰层下。如果从太空看，地球完全是一巨大的“雪球”。“雪球地球”假说最早由美国地质学家约瑟夫·可西文克博士1992年首先提出。“雪球地球”的假说有哪些根据？第一，地球在距今6亿到8亿年间广泛发育了一层或多层称为“冰积岩”的冰川沉积，它代表了全球性的寒冷气候。最著名的一次冰期发生在距今6亿年左右，几乎在现今所有大陆上都留下了可靠的记录，地质学上称为瓦伦格冰期。不管怎样，在地球上很好保存了距今6亿到8亿年的地层中，几乎都能找到同期的冰川沉积。很显然，这个寒冷气候是一个全球性事件。第二，在地球的历史中，很多数据表明，地球在距今6到8亿年间，冰积岩大多沉积在中、低纬度附近，换句话说，也就是赤道和赤道附近，也是陆地主要分布的区域。这方面的资料得出这个结论：广泛的寒冷气候发生在地球的赤道及其附近区域。
地球膨裂说认为，虽然生命在38亿年前形成，但因为地球逐渐变冷，直到8亿年前的“雪球地球”时期的零下50度，冰层12000米厚，物种的进化速度非常缓慢。
  “雪球”为什么解冻，变成现在这样的地球，地球膨裂说认为，8亿年前，由于地球内部的放射性物质不断衰变放出热量，使地球发生较大膨裂，造成大量岩浆喷出地壳，使地球的气温急聚升高，冰川溶化，冰臼就是在这一时期形成的。地球气温从震旦纪（8亿年前）的摄氏零下50度，上升到现在的最高温度摄氏58度，8亿年上升了108度，地球的气温平均每1千万年自然升高1.35摄氏度。
地球膨裂说认为，8亿年前地球的气温急聚升高，非常适合生物繁衍，进化速度急聚增加，所以发生了寒武纪生命大爆发。
作者：赖柏林

6. 除寒武纪生命大爆发之外地球上还出现过几次生命大爆发？还出现过几次生物大灭绝？

1.寒武纪物种大爆发
在始于5.42亿年前，结束于5.1亿年前的寒武纪，地球生命进化进入一个繁荣昌盛的时期，在几百万年内，曾经空荡荡的海洋突然间充满了许多新的生命形式，许多生物纷纷出现在地球海洋的舞台上。这就是化石纪录中揭示的第一次物种大爆发事件——“寒武纪物种大爆发”。

2.奥陶纪物种大爆发
近年来，地球生物进化史上曾一度鲜为人知的大事件——“奥陶纪物种大爆发”（又称“第二次物种大爆发”）引起了科学界的浓厚兴趣。古生物学家断言，这一事件对于地球生物进化的重大意义丝毫不逊于“寒武纪物种大爆发”。
5.1亿年前，也就是奥陶纪之初，地球生命如星火燎原般重新加速进化。最先是一些海藻类开始大量繁殖，为滤食性生物提供了大量的食物，叠层石生物再次被排挤出生命进化的舞台，海绵则成为珊瑚礁的主要建造者，珊瑚也加入其列。

　生物大灭绝是地质历史时期最重大的生物演化事件之一。地球历史上，公认的全球范围内的生物集群绝灭事件有5次：距今约4.4亿年的奥陶纪末、3.7亿年的泥盆纪晚期、2.5亿年的二叠纪末、2.3亿年的三叠纪末和0.65亿年的白垩纪末。已有研究显示：生物大灭绝无一例外的都由全球环境严重恶化引起。 
　　近几十年来，由于人类活动加剧生态环境的不断恶化，濒临灭绝和己经灭绝的物种不断增多，给全球生物多样性带来了严重的后果，也威胁到人类自身的生存。这就使得许多人产生疑惑：难道人类正面临“第6次生物大灭绝事件”吗？据保守估计，当今地球上每年灭绝约3万个物种，这种灭绝速率比史前正常状态（每年灭绝约3个物种）快了近万倍，远远超过史前任何一次大灭绝事件（Sepkoski,1997）。按史前5大灭绝强度和规模，认为当今生物界已进入了“第6次大灭绝”时期，甚至认为现代人类才真正遭遇到大灭绝的过程（Briggs,1999）。于是，生物与环境协调发展问题引起了公众广泛关注，也成为各国科学家研究的热点。

7. 寒武纪：生物大爆发的时代

寒武纪（Cambrian period）是地质年代划分中属显生宙古生代的第一个纪，距今约5.43亿至4.9亿年。寒武纪是地球上现代生命开始出现、发展的时代，俗称为“三叶虫的时代”，这是因为全球寒武纪岩石中都保存有大量三叶虫化石，其他门类化石相对很少。从寒武纪起出现了丰富多样且比较高级的海生无脊椎动物和少量脊椎动物，如近年发现的海口鱼化石。大量具硬壳或骨骼化石的保存，使我们有条件研究当时生物界的状况，并能够利用生物地层学方法来精确地划分和对比地层，进而研究生物界比较完整的发展历史。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“寒武纪生命大爆发”(Cambrian explosion)。
寒武纪生命爆发的典型代表是我国云南的澄江动物群，它是世界上目前所发现的最古老、保存最为完整的带壳后生动物群。该动物群是我国古生物工作者1984年在云南澄江县帽天山首先发现的。这是一个内容十分丰富、保存非常完美，距今约5.4亿多年的化石群。其成员包括水母状生物、三叶虫、具附肢的非三叶的节肢动物、金臂虫、蠕形动物、海绵动物、内肛动物、环节动物、无绞纲腕足动物、软舌螺类、开腔骨类，以及藻类等，甚至还有属于低等脊索动物或半索动物、拟脊椎动物等。由于许多动物的软组织印痕保存完好，为研究早期无脊椎动物的形态结构、生活方式、生态环境等提供了极好的材料，同时也成了探索地球上大壳后生动物爆发事件的重要窗口。云南澄江动物群的发现，使得我们对前寒武纪晚期到寒武纪早期生命的进化发展有了较为清晰的认识。它在生物进化上的意义至少可以概括为两点：首先，该动物群的发现，再次证实了“生命大爆发”的存在，成为“寒武纪生命大爆发”理论的重要支柱。同时，它还是联系前寒武纪晚期到寒武纪早期生命进化过程的重要环节。
虽然寒武纪出现多门类化石，但三叶虫占明显的统治地位，其种类和数量是其他物种不可比拟的。三叶虫属于节肢动物门、三叶虫纲，仅生活在古生代的海洋中，因虫体外壳纵分为一个中轴和两个侧叶，由前至后又可分为头、胸、尾三部分，故名三叶虫。三叶虫全属海生，多数营游移底栖生活，少数钻入泥沙中或漂游生活。寒武纪早期出现，种属和数量都很多，到晚寒武世发展到高峰，奥陶纪仍然很繁盛，进入志留纪后开始衰退，至二叠纪末则完全绝灭。民间常把三叶虫称为蝙蝠虫，这是因为最初在华北发现的一些三叶虫尾部颇似蝙蝠展翅而得名。三叶虫由于形态美观、演化迅速，是划分和确定地层时代的标准化石，在科普文献及地学、生物学教科书中常与恐龙一同作为古生物的形象代表。保存三叶虫的优质石料可以制作成砚台、石匾等具有保存和观赏价值的工艺品。
新疆寒武纪地层分布有限，出露面积是各纪地层中最小的。但寒武系顶底齐全，即整个寒武纪的地质记录完整，是我国西北研究寒武系及其顶底年代界线的最佳地区之一。目前已知三叶虫最为丰富的地点包括阿克苏地区的柯坪塔格山、塔里木东北缘的库鲁克塔格山和伊犁盆地北缘的科古琴山及甘新交界的北山等地。寒武纪这一时期，新疆塔里木为海水较浅的陆棚海，生长大量底栖型三叶虫；西天山和北山等地为狭长、海水较深的海槽，发育浮游生活的球接子类三叶虫。新疆其余各地大多为隆起的古陆。
1.柯坪的三叶虫
由阿克苏沿314国道南行数十千米，我们可以看到公路西侧塔里木盆地边缘拔地而起的柯坪塔格山。柯坪县是一个地处偏僻、名不见经传的小县，然而，这里的早古生代地层，特别是寒武纪和奥陶纪地层发育齐全，与下部的震旦系为连续沉积，古生物化石丰富，其中三叶虫类型与库鲁克塔格和科古琴山有别，属华北形。化石以底栖类型为主，其普遍表现为个体较大，形态多样，其不仅对塔里木寒武纪地层划分具有意义，而且具有一定的观赏价值。柯坪三叶虫化石最初由区域地质调查工作者于20世纪50年代发现，1959年南京古生物研究所进行了一些采集研究工作。1964年，1973年，新疆古生物学者张太荣、乔新东曾两次赴柯坪进行了系统采集和研究，发现了许多新属种，成果已在1981年出版的《新疆古生物图册》反映。1985年以后，配合石油开发的需要，塔里木石油勘探开发指挥部、西北石油局等单位又与南京古生物所合作进行了新的研究工作。
2.库鲁克塔格的三叶虫
库鲁克塔格山位于库尔勒以西到罗布泊北一带。这里的三叶虫是由中瑞西北科学考察团于1927～1933年的考察中在却尔却克山发现的。化石由E.诺林采集，G.T.楚得生鉴定研究，1937年发表于中国古生物志。库鲁克塔格的三叶虫与柯坪的类型不同，属江南型，同我国浙江一带的三叶虫相类似，主要为浮游生活的球接子类，个体相对较小，观赏性差一些。但也有部分属种个体较大，形态美观，如诺林却尔却克虫等。G.T.楚得生在研究该地的三叶虫时建立了赫定虫、诺林却尔却克虫等许多新属种，这些新属种一直为古生物教科书的经典分子，也为后来新疆三叶虫的研究奠定了扎实基础。
从新疆的地理和交通条件来说，在当时能够到达库鲁克塔格这样荒芜、缺水、地形困难的地区非一件易事。中瑞西北科学考察团团长、著名探险家斯文赫定曾在《亚洲腹地探险八年》一书中对这段艰辛历程进行了详细叙述。
3.果子沟的三叶虫
由赛里木湖南行入伊犁盆地，要穿越风景秀丽的果子沟峡谷。在果子沟附属的支沟将军沟、磷矿沟、凯拉克提及其以西的科古琴山等地，寒武纪地层发育良好，产大量三叶虫化石。这里的三叶虫类型与北山和库鲁克塔格的三叶虫相同，同属江南型。由于该区寒武纪地层厚度很薄，直至上世纪70年代，这些保持完好的三叶虫才被地质工作者发现，也因此才确定西天山寒武纪地层的存在，这对西天山的地质演化具有重大的意义。1977年至1985年，张太荣等历时数年完成了该地三叶虫的采集和描述，出版了《新疆北天山西段寒武纪地层和三叶虫动物群》一书。书中介绍了84属182种三叶虫化石，其中8个新属，70个新种，证实该区是中国江南型三叶虫最为丰富的地区。

8. 寒武纪的生物大爆发

寒武纪生命大爆发（Cambrian Explosion）：被称为古生物学和地质学上的一大悬案，自达尔文以来就一直困扰着进化论等学术界。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们在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”。达尔文在其《物种起源》的著作中提到了这一事实，并大感迷惑。他认为这一事实会被用做反对其进化论的有力证据。但他同时解释到，寒武纪的动物一定是来自前寒武纪动物的祖先，是经过很长时间的进化过程产生的；寒武纪动物化石出现的“突然性”和前寒武纪动物化石的缺乏，是由于地质记录的不完全或是由于老地层淹没在海洋中的缘故。