寒武纪生命大爆发(寒武纪生物图鉴)

大约5.3亿年前，地球生物进化史上最壮观的“寒武纪生命大爆发”就“突然”上演了。几乎所有种类的活体动物的祖先分子都是在短时间内出现的，其复杂多样的生命形式与之前漫长进化过程中出现的原始生命形式完全不同。

达尔文的困惑

-谜题的产生

事实上，早在150多年前，这一奇特而重大的生物进化事件就引起了达尔文的注意。

当时科学界还没有发现寒武纪之前的化石，所以科学家们对这一重大的生物进化现象感到不解。达尔文甚至认为这个事实会被用作反对他的进化论的有力证据。但同时他解释说，寒武纪动物的祖先一定是来自前寒武纪动物，是经过漫长的进化过程才产生的；寒武纪动物化石的“突然性”和前寒武纪动物化石的缺失是由于地质记录不全或老地层淹没在海洋中造成的。

此后，科学家们不断探索，寻找化石，刻苦钻研，以期解开国际学术界列为“十大科学难题”之一的寒武纪大爆发之谜。

三叶虫称霸世界？

——不！

1909年7月，美国史密森尼自然博物馆馆长沃尔科特在加拿大布尔圭山发现了6万多块5.15亿年前的海洋无脊椎动物化石，颠覆了以往寒武纪以三叶虫为主的认识，展示了寒武纪丰富多彩的生命现象，进一步放大了寒武纪和前寒武纪生物数量和种类的巨大反差。

伯吉斯页岩生物群

1946年，澳大利亚地质学家Sparringe在澳大利亚埃迪卡拉山前寒武纪晚期(5.65亿-5.42亿年前)的砂岩中发现了一些大型多细胞生物留下的印模化石。它们的形状与现代水母、海鳃、蠕虫和节肢动物有些相似，但不具备嘴、肛门和消化道等器官的分化，这是从化石上首次证明前寒武纪存在多细胞生物。然而，除了少数类型外，埃迪卡拉生物群几乎与现代动物无关。

这两个著名的生物化石是上世纪上半叶世界上最伟大的自然科学发现，被视为研究早期生命最经典的化石。

埃迪卡拉生物群

解谜的关键

云南发现澄江动物群

自20世纪70年代以来，中国取得了一系列重要发现，使中国成为世界上研究早期生命的热点。

首先，舒眉村动物群是在云南昆明晋宁地区寒武纪最早的地层中发现的，是地球生命史上第一个有真骨的动物群。

上世纪80年代初，贵州瓮安发现了6亿年前的胚胎化石，将动物的可追溯性向前推进了一大步。

更令人振奋的是，1984年，南京古生物研究所侯先光在中国昆明附近首次发现了震惊世界的化石宝库——澄江动物群。

澄江动物群的发现为解开寒武纪生命大爆发之谜和现代生物多样性起源提供了关键证据。30多年来的研究表明，澄江动物群是一个罕见的、保存完好的动物化石宝库，对研究地球早期生命演化具有重要作用。这里不仅有大量的海绵、腔肠动物、腕足动物、软体动物和节肢动物等原生动物化石，还有一些棘皮动物、半脊椎动物和脊索动物等后动物群化石，其中很多是鲜为人知的珍稀动物和各种难以归入已知动物类别的化石。

因此，以澄江动物群为代表的寒武纪生命大爆发生动再现了5.3亿年前海洋生物世界的真实面貌，将包括脊索动物在内的活体动物的最早化石记录追溯到寒武纪早期。

云南澄江动物群

寒武纪生命大爆发是地球生命进化史上的一大奇观，其最显著的标志就是大量动物物种的突然出现。

在前寒武纪埃迪卡拉纪晚期，只有少数动物类群，如硅质海绵、紫锥花和栉水母。在这个阶段，动物模型主要是辐射对称，双极或单极。但在寒武纪的前三个阶段，即好运阶段、第二阶段和第三阶段，动物物种数量在2000万年左右迅速增加，新物种不断出现。

特别是第三阶段，门的数量突飞猛进，新增14个门，主要是双侧对称后生动物，所有具有矿化骨骼的现代门都产生了。

至寒武纪第三阶段，共有20种活体动物相继出现，如硅质海绵、钙质海绵、蛰细胞、栉水母、软体动物、腕足动物、扫帚虫、星虫、环节动物、头足类、铠甲动物、有蹄类、节肢动物、肠鳃、羽鳃等。

动物世界的黎明

澄江动物群研究表明，寒武纪生命大爆发是一次物种形成和生物分化最强、高级分类元素诞生最频繁和集中、功能形态悬殊最显著、生物结构可塑性最强的超大型生物进化辐射事件，是地球生命进化史上最壮观的辐射事件。

一系列早期生命化石的发现揭示了寒武纪生命大爆发由序幕、次幕和主幕组成。

前奏可以追溯到6亿年前的瓮安生物群，后来的埃迪卡拉生物群。他们主要建造基础动物，迎来了动物世界的曙光。

第二个场景是舒眉村的生物群，形成了原生动物的框架，从此开始了骨骼生物的大发展时代。

澄江动物群无疑代表了寒武纪生命大爆发的主幕，因为在不到千分之一的地球生命史中，由基础动物、原生动物和后生动物组成的完整生命树的建立，引发了接下来5亿年无休止的生物进化浪潮，直到今天地球生物圈的形成。

寒武纪大爆发

原因是什么？

是什么导致了寒武纪生命大爆发？这是当今地球生命科学的一大悬案，吸引了古生物学家、生物学家、生态学家、物理学家等多学科的科学家。

前寒武纪化石资料显示，真核藻类至少在12亿年前就有了有性生殖。有性生殖在整个生物界的进化中起着极其重要的作用。它加速了遗传变异，大大增加了生物的多样性。

其次，寒武纪初期，地球大气中的氧气水平达到了一定的临界点，不仅使后生动物获得了呼吸所需的氧气，也使动物的功能和器官得以充分发育，出现了口器、眼睛、触须、脊索等。同时，臭氧吸收了大气中大量有害的紫外线，使后生动物免受有害辐射。

再比如，寒武纪大爆发的关键是动物“收割者”的出现和进化，即吃原核细胞(蓝藻)的原始动物的出现和进化。“收割者”为生产者创造了空的空间，让他们拥有更丰富的多样性，而这种生产者多样性的增加又导致了更特定的“收割者”的进化。

在此期间，营养金字塔向两个方向迅速发展:低级生产者增加了许多新物种，丰富了物种多样性。顶部增加了一个新的“收割者”，丰富了营养级的多样性。从而使整个生态系统的生物多样性不断丰富，最终导致寒武纪生命的爆发。

动物形状蓝图设计师

-Hox基因

另外，几乎所有的动物物种都是在这么短的时间内进化出来的，这可能与Hox基因的调控有直接关系。

Hox基因是一种“同形”基因，是动物形态蓝图的设计者，在发育过程中控制着身体各个部位的形成位置。如果Hox基因发生突变，就会使动物某个部位的器官变成其他部位的器官，这就是所谓的“同态”。比如突变一个“同态”基因，可以让果蝇的身体长出眼睛，或者眼睛长的地方长出翅膀，触角长的地方长出脚。

Hox基因存在于所有脊椎动物和大部分无脊椎动物中，其调控机制相似。这表明它可能是最古老的基因之一，存在于最早的动物祖先中。

Hox基因的突变在胚胎早期引起的变化很小，但随着组织器官的分化，突变的影响逐渐放大，导致身体结构发生显著变化，使身体结构丰富多彩。