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寒武紀生命大爆發是指在距今5.4-5.18億年寒武紀早期，在占生命演化歷史不到0.5%的2000多萬年里，發生的一次生物多樣性急劇增加的事件。在這一時期，地球上首次出現了大量具有硬體外殼和復雜結構的多細胞生物，這些生物在相對較短的時間內迅速演化并占據了主導地位。這些動物門類在此后的時間里逐漸演化和發展，形成了今天地球上豐富多樣的生物世界。

長期以來，寒武紀生命大爆發被稱為“生命演化歷史上的懸案”，著名的古生物學家達爾文就對這一現象百思不得其解。因為在他所處的那個時代，化石記錄并不完全，缺乏寒武紀之前的化石證據。

當時達爾文在物種起源中提出的進化論認為生物都是逐步演化的，而寒武紀早期短時間內呈現出的多門類生物同時演化的現象似乎不符合這個觀點，因此寒武紀大爆發也經常被人們拿來作為反對進化論的例子。實際上這只是當年對寒武紀之前時代的地層發掘有限導致的。

隨著后來距今約5.7-5.41億年埃迪卡拉生物群的發現，寒武紀之前生命演化的脈絡就逐漸清晰了。特別是2011年在我國三峽地區發現的石板灘生物群，里面不僅發現了很多固著生活的動物，最重要的是還發現了最早具有運動能力的兩側對稱動物——夷陵蟲！石板灘生物群的年代是距今約5.5-5.4億年的埃迪卡拉紀末期，剛好對接了寒武紀，可以說它的出現填補了上寒武紀之前生命演化的最后一段空白。

所以寒武紀生命演化并不是大爆發，準確地說，不是“無中生有的爆發”，而是“有傳承的爆發”。由此，古生物學家對這個生命演化史上著名懸案的研究重點從“為什么無中生有的爆發”轉向了爆發的誘因是什么。

之前的研究認為，寒武紀時期，地球經歷了一系列重大變化，包括氣候變化、海洋化學變化和地質活動。這些變化為生命的快速多樣化創造了有利條件。其中海洋中氧氣含量的增加為生物多樣性的爆發提供了適宜的環境條件。隨著氧氣的增加，生物體的代謝速率和生長速率也相應提高，從而促進了生物的快速演化。但是最近幾年的相關研究表明，早期動物對氧氣的需求量并不高。更有觀點認為，海洋氧化是寒武紀生命大量出現的結果而非原因?？梢姾浼o早期海洋氧化還原變化和生命快速發展之間的相互作用機制仍不清楚，需進一步探究。

最近，我國科學家衛煒等人，通過對采集揚子板塊距今約5.21億年前的下寒武統富金屬頁巖的鋇同位素數據，分析之后發現，埃迪卡拉紀到寒武紀過渡時期，由于海洋的逐漸氧化提升了硫酸根濃度，當時海洋中鋇離子的含量比較高，而水體中高濃度的鋇會抑制水生動物的存活率。高中時候的化學課上曾經教過大家硫酸鋇不溶于水這個知識點。當時海洋中累積的鋇離子就慢慢被大量的硫酸根以重晶石形式移除了。也就是說當時的氧氣給海洋來了一波“大解毒”，不僅氧化了海洋中的有毒硫化物，連帶著還把同樣有毒的鋇離子也移除了，這大大改善了海洋的宜居性，從而促使了寒武紀生命大爆發。

當然，這項研究的結果也只是為寒武紀早期海洋氧化與生命大爆發之間的互饋機制提供了一個新的見解。隨著古生物學、地質學、化學和生物學等領域的發展，科學家們也通過古環境重建、基因組學研究等方法來探討寒武紀生命集中出現和發展的成因和過程。我相信在這一生命演化歷史上的“懸案”，終究有解開的那一天。

本文為科普中國·創作培育計劃扶持作品

作者： 劉森

審核： 高源審核專家國家自然博物館 副研究館員

出品：中國科協科普部

監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 星空計劃

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