寒武紀大爆發

寒武紀大爆發（亦稱寒武紀生命大爆發，Cambrian Explosion），是相對短時期的進化事件，開始於距今5.41億年前的寒武紀時期，化石記錄顯示絕大多數的動物「門」都在這一時期出現了^[1]^[2]。它持續了2千萬年^[3]^[4]-2.5千萬年^[5]^[6]，它導致了大多數現代動物門的發散。因出現大量的較高等生物以及物種多樣性，於是，這一情形被形象地稱為生命大爆發。這也是顯生宙的開始。在世界各地發現的化石群共同印證了這一生命進化史上的壯觀景象，例如在加拿大的伯吉斯頁岩，和在中國的帽天山頁岩(澄江化石地)，清江生物群等。這一時期的化石群相當典型，非常多的不同種類的生物幾乎同時在這一時期出現。

寒武紀大爆發的事實證據也曾讓達爾文非常困惑，在《物種起源》中寫道：「這件事情到現在為止都還沒辦法解釋。所以，或許有些人剛好就可以用這個案例，來駁斥我提出的進化觀點」。但即使到達爾文死後一百多年的今日，寒武紀大爆發依舊是科學界的一大謎題，尚待更多的科學證據出土，也許就能窺見當時的實際情況，找出真正的原因。

寒武紀化石[編輯]

寒武紀年代約為5.4億~4.8億年前，此時的生物化石大多具有較為堅硬的外殼，讓化石得以保存下來。

寒武紀進化出的生物[編輯]

寒武紀進化出了世界上絕大部分現存的20多個動物門，也生活着具有堅硬外殼的生物，例如奇蝦和三葉蟲，此事件被稱為寒武紀大爆發或寒武紀生命大爆發，此時也進化出兩側對稱動物

前寒武紀生命[編輯]

大約 10 億年前的動物證據[編輯]

陡山沱組化石[編輯]

洞穴[編輯]

埃迪卡拉生物[編輯]

貝克泉白雲石[編輯]

埃迪卡拉紀——寒武紀早期骨骼化[編輯]

寒武紀生命[編輯]

微量化石[編輯]

痕跡化石（洞穴等）是周圍生命的可靠指標，並表明寒武紀開始時生命的多樣化，動物在淡水領域的殖民速度幾乎與海洋一樣快^[7]。

小殼動物群[編輯]

世界上許多地方都發現了被稱為「小殼動物群（英語：Small shelly fauna）」的化石，其歷史可以追溯到寒武紀之前到寒武紀開始後約1000 萬年（內馬基特-達爾丁紀(Nemakit-Daldynian)和寒武紀第二期；參見寒武紀時間線）。這些化石集合非常複雜：脊椎、骨片（裝甲片）、管子、古杯動物（海綿狀動物），以及非常像腕足動物門和蝸牛狀軟體動物的小貝殼，但都很小，大多為1 至2毫米長^[8]。

雖然這些化石很小，但比產生它們的生物的完整化石要常見得多。至關重要的是，它們覆蓋了從寒武紀開始到第一個化石庫（英語：Lagerstätten）（lagerstätten）的窗口：這是一個缺乏化石的時期。因此，它們補充了傳統的化石記錄，並使得許多生物類群的化石範圍得以擴展。

早寒武世三葉蟲和棘皮動物[編輯]

伯吉斯頁岩型保存[編輯]

早寒武紀甲殼類動物[編輯]

階段[編輯]

有效性[編輯]

作為倖存者偏差的寒武紀大爆發[編輯]

可能的原因[編輯]

環境變化[編輯]

氧氣含量增加[編輯]

臭氧形成[編輯]

雪球地球[編輯]

寒武紀海水鈣濃度增加[編輯]

發展解釋[編輯]

生態解釋[編輯]

埃迪卡拉紀末大滅絕[編輯]

缺氧[編輯]

眼睛的進化[編輯]

掠食者和獵物之間的競爭[編輯]

浮游動物的大小和多樣性增加[編輯]

生態系統工程[編輯]

複雜度閾值[編輯]

針對寒武紀大爆發，學界曾經提出過幾種假設：

地球在寒武紀之後才出現足以保存化石的穩定岩層，而前寒武紀的沉積物毀於地熱和壓力無法形成化石。
動物到了寒武紀才進化出能夠形成化石的堅硬軀體。
大氣中累積足夠的氧氣量，足以使大量動物短時間進化，並且形成臭氧層隔離紫外光。
某些進化出眼晴的掠食性動物侵入物種穩定平衡的地區，減少原先佔優勢的寡佔物種，釋放生態棲位給其餘物種，並由於捕食-被捕食的競爭關係中促進大量物種歧異度的增加跟進化。
大爆發只是個假象，寒武紀初期生物的多樣性產生只是類似種群生長曲線，S形曲線中的快速上升段。

近年來研究認為，寒武紀大爆發跟埃迪卡拉紀末期滅絕事件有關：該次滅絕事件結束了隱生宙，為多細胞生命在顯生宙的發展鋪平了道路。

寒武紀早期生物多樣性的獨特性[編輯]

參見[編輯]

阿瓦隆大爆發

參考資料[編輯]

^ Maloof, A. C.; Porter, S. M.; Moore, J. L.; Dudas, F. O.; Bowring, S. A.; Higgins, J. A.; Fike, D. A.; Eddy, M. P. The earliest Cambrian record of animals and ocean geochemical change. Geological Society of America Bulletin. 2010, 122 (11–12): 1731–1774 [2015-11-27]. Bibcode:2010GSAB..122.1731M. doi:10.1130/B30346.1. （原始內容存檔於2017-06-17）.
^ New Timeline for Appearances of Skeletal Animals in Fossil Record Developed by UCSB Researchers. The Regents of the University of California. 10 November 2010 [1 September 2014]. （原始內容存檔於2014-09-03）.
^ Valentine, JW; Jablonski, D; Erwin, DH. Fossils, molecules and embryos: new perspectives on the Cambrian explosion. Development. 1999, 126 (5): 851–9 [2015-11-27]. PMID 9927587. （原始內容存檔於2021-02-25）.
^ Budd, Graham. At the origin of animals: the revolutionary cambrian fossil record. Current Genomics. 2013, 14 (6): 344–354. PMC 3861885 . PMID 24396267. doi:10.2174/13892029113149990011.
^ Erwin, D. H.; Laflamme, M.; Tweedt, S. M.; Sperling, E. A.; Pisani, D.; Peterson, K. J. The Cambrian conundrum: early divergence and later ecological success in the early history of animals. Science. 2011, 334: 1091–1097. Bibcode:2011Sci...334.1091E. PMID 22116879. doi:10.1126/science.1206375.
^ Kouchinsky, A., Bengtson, S., Runnegar, B. N., Skovsted, C. B., Steiner, M. & Vendrasco, M. J. 2012. Chronology of early Cambrian biomineralization. Geological Magazine, 149, 221–251.
^ Kennedy, M. J.; Droser, M. L. Early Cambrian metazoans in fluvial environments, evidence of the non-marine Cambrian radiation. Geology. 2011, 39 (6): 583–586. Bibcode:2011Geo....39..583K. doi:10.1130/G32002.1.
^ Matthews, S.C.; Missarzhevsky, V.V. Small shelly fossils of late Precambrian and early Cambrian age: a review of recent work. Journal of the Geological Society. 1975-06-01, 131 (3): 289–303. Bibcode:1975JGSoc.131..289M. S2CID 140660306. doi:10.1144/gsjgs.131.3.0289.

參考書目[編輯]

派克著. 《第一隻眼的誕生：透視寒武紀大爆發的祕密》. 陳美君中譯. 貓頭鷹出版. 2010.
史蒂芬·古爾德著. 《達爾文大震撼：課本學不到的生命史》. 程樹德中譯. 天下遠見出版. 2009.

外部連結[編輯]

The Cambrian "explosion" of metazoans and molecular biology: would Darwin be satisfied?
On embryos and ancestors by Stephen Jay Gould
The Cambrian "explosion": Slow-fuse or megatonnage? （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
The Cambrian Explosion（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - In Our Time, BBC Radio 4 broadcast, 17 February 2005
寒武紀：生命大爆炸（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）

[1] Maloof, A. C.; Porter, S. M.; Moore, J. L.; Dudas, F. O.; Bowring, S. A.; Higgins, J. A.; Fike, D. A.; Eddy, M. P. The earliest Cambrian record of animals and ocean geochemical change. Geological Society of America Bulletin. 2010, 122 (11–12): 1731–1774 [2015-11-27]. Bibcode:2010GSAB..122.1731M. doi:10.1130/B30346.1. （原始內容存檔於2017-06-17）.

[2] New Timeline for Appearances of Skeletal Animals in Fossil Record Developed by UCSB Researchers. The Regents of the University of California. 10 November 2010 [1 September 2014]. （原始內容存檔於2014-09-03）.

[3] Valentine, JW; Jablonski, D; Erwin, DH. Fossils, molecules and embryos: new perspectives on the Cambrian explosion. Development. 1999, 126 (5): 851–9 [2015-11-27]. PMID 9927587. （原始內容存檔於2021-02-25）.

[4] Budd, Graham. At the origin of animals: the revolutionary cambrian fossil record. Current Genomics. 2013, 14 (6): 344–354. PMC 3861885 . PMID 24396267. doi:10.2174/13892029113149990011.

[5] Erwin, D. H.; Laflamme, M.; Tweedt, S. M.; Sperling, E. A.; Pisani, D.; Peterson, K. J. The Cambrian conundrum: early divergence and later ecological success in the early history of animals. Science. 2011, 334: 1091–1097. Bibcode:2011Sci...334.1091E. PMID 22116879. doi:10.1126/science.1206375.

[6] Kouchinsky, A., Bengtson, S., Runnegar, B. N., Skovsted, C. B., Steiner, M. & Vendrasco, M. J. 2012. Chronology of early Cambrian biomineralization. Geological Magazine, 149, 221–251.

[Kennedy2011-7] Kennedy, M. J.; Droser, M. L. Early Cambrian metazoans in fluvial environments, evidence of the non-marine Cambrian radiation. Geology. 2011, 39 (6): 583–586. Bibcode:2011Geo....39..583K. doi:10.1130/G32002.1.

[Matthews1975-8] Matthews, S.C.; Missarzhevsky, V.V. Small shelly fossils of late Precambrian and early Cambrian age: a review of recent work. Journal of the Geological Society. 1975-06-01, 131 (3): 289–303. Bibcode:1975JGSoc.131..289M. S2CID 140660306. doi:10.1144/gsjgs.131.3.0289.

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