物种大爆发

物种大爆发是指在一个特定的地质时期内，大量生物类群集中且短时间出现的现象。典型的例子是发生在寒武纪的生命大爆发。

物种大爆发的解释

寒武爆发假象说

有一种观点认为，寒武纪生命大爆发只是一种假象，这是因为进化是渐进的过程，所谓的“爆发”实际上是首次在生物化石记录中发现了早已存在的生物。其他生物化石群可能因地质记录的不完整性而缺失，这部分缺失可能是由于前寒武纪地层经历了高温和高压，其中的化石遭到破坏所致。然而，由于在前寒武纪化石沉积层中发现了大量简单的原核生物，如细菌和蓝藻，因此这一解释已不再具有说服力。

氧水平变化

1965年，两位美国物理学家提出，寒武纪生命大爆发是由地球大气中氧气水平的变化引起的。他们认为，在早期地球上，大气中几乎没有自由氧，氧是前寒武纪藻类植物光合作用的产物，并逐渐累积形成。后生动物需要大量的氧来进行呼吸作用，并通过臭氧形式在大气中吸收有害的紫外线，保护它们不受辐射伤害。然而，地质学的证据并不支持这种氧理论。约在10亿至20亿年前，广泛分布的沉积岩层中就含有大量严重氧化的岩石，这表明在那个时期已经有足够的氧气条件支持生命爆发。因此，生物学家从两件重要事件——有性生殖的产生和生物收割者的出现出发，探索寒武纪生命大爆发的原因。

有性繁殖出现

化石资料显示，真核藻类大约在9亿年前开始出现有性生殖，事实上，有性生殖出现得更早。有性生殖在整个生物界进化过程中扮演了至关重要的角色，因为它提供了遗传变异，进而促进了生物多样性的增加，这也是寒武纪生命大爆发的一个原因。

生物收割者假说

生物收割者假说是美国生态学家斯坦利提出的，他认为在前寒武纪的大部分时间内，海洋是以原核蓝藻等简单的初级生产者为主的生态系统。这种生态系统在生态学上属于单一不变的群落，营养级也很简单唯一。由于物理空间被这种种类少但数量大的生物群落占据，因此这种群落的进化非常缓慢，从未有过丰富的多样性。寒武纪生命大爆发的关键在于草食收割者的出现和进化，即食用原核细胞（蓝藻）的原生动物的出现和进化。收割者为生产者创造了更多样性的空间，而生产者多样性的增加又导致了更特异的收割者的进化。营养级金字塔向两个方向迅速发展：底层的生产者增加了许多新物种，丰富了物种多样性，顶层又增加了新的“收割者”，丰富了营养级的多样性。这使得整个生态系统的生物多样性不断增加，最终导致了寒武纪生命大爆发。尽管尚未找到直接证据证实“收割理论”的正确性，但一些间接证据支持了这一理论。例如，前寒武纪叠层石中保存了丰富的生产者群落，而今天的叠层石主要存在于缺少后生动物收割者的贫瘠环境中。此外，生态学野外研究也提供了一些间接证据，显示在人工池塘中引入捕食性鱼类可以增加浮游生物的多样性，而在多样的藻类群落中去除海胆会导致某种藻类成为主导而多样性降低。

钙的大量涌现

最近的研究表明，海洋中钙的大量涌现可能在寒武纪生命大爆发中起到了重要作用。大约在5.3亿年前，地球上的动物经历了一次新生，所有现存动物的祖先在这个时候进化出了骨骼和壳体。长期以来，科学家一直在探究是什么促成了地球生命在寒武纪时突然展现出丰富多彩的多样性。动物为何进化出壳体？最显而易见的理由是为了避免被捕食。另一个观点或许有助于解释生命为何在早寒武纪进化出硬体部分：大气中含氧量的上升让动物能够建立起更为复杂的身体结构。20世纪70年代，科学家提出了一种新假设：在早寒武纪的环境中，为了消化体内突然增多的钙，海洋生物开始了壳的进化。然而，海洋化学变化一直缺乏直接证据。直到近期，三位地球化学家对保存有早寒武纪海水的微小包块进行了测量。他们的研究发表在《地质学》杂志上，结果显示早寒武纪的钙含量比原生代高至少三倍。研究人员推测，这些钙可能来自地中海海脊火山爆发时喷入热海水中的钙。他们强调，高水平的地壳活动、钙的喷入和“寒武纪大爆发”似乎支持了这样一个观点：即早期生命演化出壳和骨骼是为了应对海水中钙含量升高造成的潜在毒性。尽管还需要更多的研究来明确海洋中的钙是生命进化的因果还是结果，但它显然是一个重要因素。

 

参考资料

物种大爆炸是一个什么样的现象?.新浪微博.2024-10-30

名词解释:物种大爆发.喜马拉雅.2024-10-30