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寒武纪为什么会突然的发生生物物种大爆发?

十万个为什么 空空 2024-3-23 21:00:45 2次浏览

关于问题寒武纪为什么会突然的发生生物物种大爆发?一共有 2 位热心网友为你解答:

【1】、来自网友【猎奇动物社】的最佳回答:

寒武纪生命大爆发(Cambrian Explosion)是一个让达尔文都觉得头疼的现象,在《物种起源》中,他写道:这件事情到现在为止都还没办法解释。所以,或许有些人刚好就可以用这个案例,来驳斥我提出的演化观点。

确实,寒武纪生命大爆发来得太突然、太剧烈了,到现在为止,它的发生依然是个谜。不过,目前科学家们通过研究提出了多个假说,下面我们就来分析一下这些假说的可能性。

寒武纪生命大爆发

已发现的化石证据显示,从距今约 5.41 亿年前(±0.1 亿年)开始地球上的动物种类开始突然地增加,在短短的 2000 万年-2500 万年前间,地球上出现了从未有过的节肢动物、蠕形动物、海绵动物、脊索动物以及腕足动物等等。

要知道这些动物即便是如今依然在地球上占据着重要的生态位,尤其是节肢动物门,它是现存动物界最大的一个门,无论是海洋还是陆地,它们都有繁多的种类和数量。

海里部分的节肢动物

如此多的动物“门”大量地涌出,让达尔文都感到困惑,因为进化是需要一个漫长的时间的,而且多个不同门物种的同时大爆发从进化的角度上说是不科学的,毕竟按照进化论,物种是由简单到复杂去演化的,而这个过程要经过基因突变和自然选择。

其中基因突变虽然很简单,但是出现大量不同的物种就代表着在同一时期动物产生了数不清的基因突变,而且这些基因突变的个体大多数还被保留下来了,那它的原动力在哪呢?换句话说就是究竟是什么让同一时期的动物出现了如此多的基因突变呢?这个正是困扰达尔文以及其他科学家们的关键。

我们以人类为例,人类进化到今天,从南方古猿开始算有 400 万年左右的时间,但是南方古猿并非人类的起点,也不是最早的灵长类动物。从目前已发现的化石来看,最早的灵长类动物是阿克琉斯基猴,这是一种生活在距今约 5500 万年前的动物,我们可以将它看成是灵长类动物最早的祖先。

但是, 经历了至少 5100 万年的时间才出现了南方古猿,至少 2500 万年以上的时间,灵长类动物才真正地开始开枝散叶。

但是,寒武纪从距今约 5.41 亿年开始,到了 5.3 亿年前就已经出现了大量的不同门的动物,这一点从我国在 1984 年 7 月发现的澄江生物群就可以看出来了,因为在澄江生物群中科学家们发现了覆盖了 16 个门的 200 多个不同的物种。

除了澄江生物群,位于我国贵州的凯里生物群化石大都来自于 5.2 亿年前,这些生物包含了 11 个门 120 多个不同属的生物,也就是说在短短的 1100 万-2100 万年的时间内,寒武纪的生物迎来了不可思议的井喷。

当然,如果是单纯地出现了大量的生物,还不足以让科学家们困惑,最关键的是在寒武纪生命大爆发之前的地质层中(震旦纪),科学家们并没有发现足以支撑出现如此多生物的生物化石,也就是过渡性的化石,就是说寒武纪涌现的大量生物,好像是凭空出现的,这才是最关键的问题,也是让达尔文没想明白的问题,而且到了今天,这个问题依然存在于假说的层面上。

寒武纪生命大爆发的假说

首先,达尔文的进化论是目前公认的科学学说,这一点已经从大量的动物化石中找到了答案,我们不能因为一些物种缺少过渡性的形态化石将它一杆子打死,毕竟化石本身的形成就非常的困难,而且距今时间越久,能保留的越少,因为化石在地壳里,而地壳在亿万年的岁月里,运动、挤压、撞击,早已经将许多的生物化石消磨掉了。

基于这个前提,科学家们对于寒武纪生命大爆发提出了几个科学假说:

第一:化石形成假说。在寒武纪生命大爆发之前是埃迪卡拉纪,埃迪卡拉纪并非一个荒芜的世界,而是已经有了相当的植物和动物。科学家们在澳大利亚南部的埃迪卡拉地区发现了距今约 5.65 亿年前-5.43 亿年前的一大群软体多细胞动物,包括腔肠动物、节肢动物以及环节动物,这些动物属于 8 个不同的科一共有 31 种不同种类。

而这些动物大多数属于软体动物,一旦死亡后没有硬壳包裹的它们是极难形成化石的,因此不排除当时有许多同时期的其他动物也存在,但没有形成化石的可能性。

第二:大存活假说。在埃迪卡拉纪末期,地球上出现过一次灭绝事件,它就是埃迪卡拉纪末期灭绝事件,上面澳大利亚的生物群就是在这次灭绝事件中形成的。一部分学者认为,有可能这次灭绝事件保留了许多物种,而这些物种一直演化才有了寒武纪生命大爆发。

第三:生态位空缺假说。地球上曾经经历过多次的灭绝事件,其中有五次比较大的灭绝事件,而在灭绝事件发生之后,必然会出现一个现象-新型的生物大量出现,比如恐龙灭绝后,鸟类、哺乳动物以及爬行动物开始开枝散叶。

因此,一些科学家认为,埃迪卡拉纪灭绝事件后将当时数量众多的生物灭绝掉,生物量少了,生态位就空缺了,生态位空缺有利于动物去到不同的环境,产生更多的基因突变,同样的在生态位空缺时几乎是没有竞争的,此时基因突变被自然选择保留的几率也就大大增加了。

总结

寒武纪生命大爆发依然有许多谜题未解,但是从寒武纪之前的埃迪卡拉纪的生物来看,寒武纪的生物并非凭空出现的,也是进化而来的,只不过当时的生态位缺口太大,才给了灭绝事件后幸存物种高速发展的机会而已。

至于化石远比寒武纪少,可能与该时期的动物以软体动物为主,极难留下化石有很大的关系。

【2】、来自网友【路平说】的最佳回答:

提到进化论,我们首先想到的是达尔文,但其实达尔文的进化论也有缺点,那就是利用达尔文进化论无法解释寒武纪,为什么会出现生命物种大爆发。但是在现代进化论以及间断平衡演化理论下,我们可以了解为什么生物会在寒武纪时集中爆发。

寒武纪生命大爆发

寒武纪是显生宙的开始,距今约 5.42 亿年前—4.85 亿年,持续了大约 5800 万年,而在这短短 5800 万年里,不仅有大量生物开始在寒武纪突然出现,而且出现的生物门类也非常多,现如今所有的“门”,在寒武纪时基本上都已经出现。

对此,有些科学家认为,之所以寒武纪会发生生物物种大爆发,是因为寒武纪之前,地球上大多数动物属于单细胞动物,或者是微型多细胞生物,没有硬质化的外壳,因此化石难以保留。

而在寒武纪时,出现了许多带有硬壳的生物,比如:三叶虫,奇虾等,所以我们能观测到很多寒武纪时的生命。按照这种理论,寒武纪并不是真正的生命大爆发,而是一种假象。

但是有些科学家却不这么认为,他们认为寒武纪生命物种大爆发不是假象,解释寒武纪生命大爆发的理论,就是:间断平衡演化。

间断平衡演化

虽然达尔文提出了进化论,但是达尔文的进化论中并没有提到生物的演化是匀速的,还是不匀速。

有些人认为,生物的演化是匀速发生的,比如:生物在 1000 万年里,不断调整自己的基因,使得该种群中的体型一点点变大。

但是有些科学家认为,生物的演化不是匀速发生的,而是长期静止,短期加速。比如:同样是演化出较大的体型,如果是匀速发生的,那么子代体型虽然比父代大了一些,但是增大的这些并不能让它具有明显的生存优势。但如果子代体型突然比父代大了 10%,就能明显提高生存优势,因此该基因才能够被保留下来。也就是说,生物基因可以在短短一两代人身上发生突变。

比如:英国在工业革命时期,由于环保意识不强,导致大量未经处理的废气被排入大气中,使得树木、建筑等都被熏黑。而当地有一种白蛾子,在过去它们趴在白色的树干上时能够隐藏自己的身影,然而由于外界环境的改变,导致这种白蛾子很容易被鸟类发现。后来,有一小部分蛾子在演化时,基因突变出现了黑蛾子,由于这些黑蛾子能够更好地适应环境,所以后来英国许多树上都有黑蛾子。

随着人们对环保的认知不断加强,英国的工业废气排放量逐渐减少,当地环境又恢复到之前的水平。此时黑蛾子容易暴露在鸟类的视野之中,于是又有一些黑蛾子基因变异,出现了白蛾子。由于白蛾子能够适应环境,因此白蛾子数量逐渐变多了起来。

通过英国蛾子的变化,我们能够看出生物适应环境的速度非常迅速,所以目前主流科学界认为,生物的演化速度并不是匀速的,而是长期静止,在短期内(环境改变时)加速演化。

寒武纪生命爆发的原因

由于生物的演化速度并不是匀速的,所以生命有可能在短短几百年时间里大量出现,因此寒武纪生命大爆发不是假象,而是生物史上一次重大演化。

之所以地球上只出现过寒武纪一次生命大爆发,可能和当时的氧气含量有关。

生物学家克劳德认为,地球上绝大多数真核生物都需要氧气,对于单细胞生物而言,获取氧气的方式很简单,就是依靠细胞膜的渗透与吸收。随着细胞的增多,细胞膜之间相互会折叠,导致多细胞生物渗透的氧气不够,只有当大气中的含氧量上升到一定浓度后,多细胞生物才能获取到足够的氧气。

在寒武纪之前,地球上虽然已经有蓝细菌可以生产氧气,但当时的游离氧会和海洋中的二价铁离子结合,生成三价铁,三价铁不溶于水,会沉淀在海底,所以地球早期地质层中会有一层红色的含铁沉淀物。

但在 18 亿年前,由于海洋中的二价铁离子被氧化殆尽,以至于氧气能够被释放到大气中。就这样,到了寒武纪时,大气中的氧气含量足够多,已经能够支持多细胞以及复杂生命的生存。因此寒武纪时,生命开始多种多样了起来;再加上它们演化出了坚硬的外壳,以至于有很多化石也被保留了下来。

至于为什么氧气含量降低之后,多细胞生物依然能生存,这是因为多细胞生物演化出了专门的器官来获取氧气,比如:腮、肺等。

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