寒武纪生命大爆发现象及其成因浅析

寒武纪生命大爆发现象及其成因浅析

摘要

主要后生动物门类化石在寒武纪初期的突然出现记录了生命史中一个从未有过的快速演化时期，这一事件被称为寒武纪爆发。15.3亿年前，在一个短暂的瞬间里，地球上突然涌现出各种各样的动物，它们不约而同地迅速出现。节肢、腕足、蠕形、海绵、脊索动物等一系列与现代动物形态基本相同的动物在地球上“集体亮相”，形成了多种门类动物并存的繁荣景象。这一现象至今仍被国际学术界列为“十大科学难题”之一。

破解寒武纪生命大爆发之谜，仍有若干困惑值得思考，三十多个不同门类的动物何以在寒武纪同时出现？还没有发现任何证据表明寒武纪三十八门同时出现的生物是从瓮安动物渐变进化而来，那么，谁是寒武纪三十多个不同门类动物的共同祖先？寒武纪以来不同门类的动物进化速率何以如此悬殊？寒武纪原始脊椎动物何以出现几乎没有任何价值的原脊椎？这些问题至今仍未解开。种种谜团在等待着我们揭晓。

关键词

寒武纪生命大爆发起源与演化起源成因描述

正文

一．从埃迪卡拉动物群到伯吉斯化石动物群

古生物学家斯普林于1940年在澳洲南部的埃迪卡拉山脉地区发现了第一个软躯体的后生动物化石，迄今，在除南极洲之外的世界各地都已经发现了这种类型的化石组合即埃迪卡拉动物群。2其化石最早出现于5. 65亿年前，顶峰期约在5. 6亿年前，其中，最晚出现的化石层位在5. 43亿年。现已描述的属级化石有40多个，其中大部分为腔肠动物，少数节肢动物以及海鳃类，一些分类不明的遗迹化石。它们体型奇特，常呈两侧对称的薄饼状和扇形等，大者直径可达一米。至于它们和现生动物门类之间的关系，一种观点认为它们是以其大而扁平的整个躯体表面吸收营养物质，因而可以归于现存的动物门类，这从而表现出与双胚层动物的可类比性；另一种观点则认为它们与寒武纪以后的后生动物门类毫无关系，是与之平行的姊妹群，甚至认为它们根本不是后生动物，而是单细胞生物的聚合体。不管争论的结局如何，毫无疑问，埃迪卡拉动物绝不是现存后生动物的直接祖先。

实际上，在中国澄江生物群被发现之前，研究“寒武纪生命大爆发”都是以伯吉斯化石动物群为依据的。1909年，科学家首次在加拿大的伯吉斯发现了5.15亿年前的动物化石，经过数十年的研究，科学家们发现在伯吉斯动物群里，已经有了多种多样的动物门类。其地层年代为中寒武世，较澄江动物群稍晚。3化石

1郝家胜. “寒武纪爆发”事件及其成因述评. 合肥：安徽师范大学学报（自然科学版）. 2003年第4期第378页.

2 孙卫国. 埃迪卡拉动物群及其在后生动物早期演化中的地位. 见: 穆西南主编, 古生物学研究的新

理论和新假说. 北京: 科学出版社, 1993年版第255- 276页.

3Conway Morris S. The fossil record and the early evolution of the Metazoa[J] . Nature, 1993, 361: 219- 225. 转引自郝家胜. “寒武纪爆发”事件及其成因述评. 合肥：安徽师范大学学报（自

出现的顶峰期约在5. 15—5. 25亿年前, 现已报导的属已达120个左右。其中大多数在现生生物的常见门类中都能找到它们的代表，奇特类型的分子已显著减少，只有个别球形具几厘米长壳刺的异常类型，并保存为碳酸钙质。

伯吉斯动物群的发现，曾给科学界带来了巨大震撼。地质资料显示，澄江生物群所处的时代相当于“寒武纪大爆发”的后期，很多研究者认为澄江生物群是“寒武纪大爆发”最有利的证据。4至于伯吉斯动物群，则是大爆发事件之后" 千多万年生命持续演化的结果。

二．澄江动物群的发现及其重大意义

澄江动物群是我国古生物学者侯先光于1984年在我国云南澄江帽天山地区发现的。其地层时限为寒武纪早期，距今大约为5. 27至5. 5亿年。包括海绵动物、腔肠动物、栉水母类、曳鳃动物、叶足类、软舌螺、腕足动物、帚虫、环节动物、节肢动物、脊索动物等和一些分类位置不明的生物类群。澄江生物群不但证实了后生动物爆发式演化事件确实曾经发生，最令人震撼的是在这短短的一二百万年期间，几乎所有现生动物门类和许多已灭绝了的生物，突发式地出现于寒武纪地层，而在更古老的地层完全没有其祖先型的生物化石发现。5在这一个瞬间型突发事件中，不仅建立了所有现生门类的结构蓝图，另外还有二十几个已经绝灭了的生物种，与现生的动物分类系统没有任何的关系，但每一种各自代表一个相当门一级的结构蓝图。6

云南澄江动物群的发现，使得我们对在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：7

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。从时间上看，它介于布尔吉斯动物群和埃迪卡拉动物群之间，承上启下；从地域上看，它处于澳大利亚—亚洲—北美大陆桥之间位置，将三个动物群联系在一起。8因此，澄江动物群可能成为破解“寒武纪生命大爆发”之谜的一把关键的钥匙。

其次，澄江动物群的发现为“间断平衡”理论提供了新的事实依据，对达尔文的进化论再次造成冲击。9因为达尔文曾对该现象表示怀疑：“为什么整群的近似物种好像是突然出现在连续的地质诸阶段之中呢？虽然我们现在知道，生物早在寒武纪最下层沉积以前的一个无可计算的极古时期就在这个地球上出现了，但是为什么我们在这个系统之下没有发现巨大的地层含有寒武纪化石的祖先遗骸呢？因为，按照这个学说，这样的地层一定在世界历史上的这等古老的和完全未知的时代里，已经沉淀于某处了。”10而与此相呼应，“间断平衡”理论认为，生物的进化不像达尔文及新达尔文主义者所强调的那样是一个缓慢的连续渐变积累过程，而是长期的稳定与短暂的剧变交替的过程，从而在地质记录中留下许多

然科学版）. 2003年第4期第379页.

4张艳芬. “寒武纪生命大爆发”简介. 中学生物学杂志. 2005年第10期第12页.

5郝家胜. “寒武纪爆发”事件及其成因述评. 合肥：安徽师范大学学报（自然科学版）. 2003年第4期第379页.

6陈均远, 周桂琴, 朱茂炎, 等. 澄江生物群——寒武纪大爆发的见证. 台北：台湾自然博物馆. 1996年版第222页.

7崔明昆, 鲁玲. 寒武纪生命大爆发探究. 生物学通报. 2000年第7期第40页.

8盖志琨. 寒武纪生命大爆发新发现. 百科知识. 2005年第4期第29页.

9张昀. 生物进化. 北京:北京大学出版社. 1998年版第82页.

10达尔文. 物种起源. 北京：商务印书馆. 1997年版第531页.