寒武纪

摘要：关于寒武纪生命大爆发就生物史上的一个谜。人们一直困惑为什么物种一下会爆发式的增长。为此科学家们给出了各种猜测，比如从无性繁殖到有性繁殖，“生物收割者”假说……

细胞的出现是地球生命的开始，是一个划时代的开启。多细胞生命的出现则是一个转折点，它开启了物种进化的序幕。——透明的思想

寒武纪生命大爆发

多细胞生命出现在26亿年前，此后地球是被藻类植物与浮游动物统治着的。经历了超过十亿年的繁衍。距今约5.3亿年前的寒武纪地质时期，在2000万年时间内地球上突然涌现出各种各样的动物，它们不约而同的迅速起源、立即出现。节肢、腕足、蠕形、海绵、脊索动物等等一系列与现代动物形态基本相同的动物几乎同时出现在地球这个生命的舞台之上。形成了多种门类动物同时爆发的繁荣景象。这一时期被称为寒武纪生命大爆发。这一现象被认为是对达尔文进化论的一个挑战。它至少说明生物的进化不像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(甚至不变)与短暂的跃进交替的过程。为什么超过十亿年都波澜不兴突然之间就出现大量新物种？科学家对此有几种猜想。

有性繁殖

生物学家认为至少在9亿年前真核藻类出现了有性生殖，这对整个生物的进化过程产生了极其重大的作用。由于有性生殖提供了遗传变异性，从而有可能进一步增加了生物的多样性，这是造成寒武爆发的原因之一。

氧含量的增加

一些物理学家认为寒武爆发是由于地球大气的氧含量增加造成的。寒武纪早期地球的大气中含有很少或根本就没有自由氧，寒武纪之前的亿万年时间里藻类植物光合作用产生并不断积累了大量的氧气，改变了空气中的含氧量。含氧量的提高为后生动物提供了生存的基础。一方面用于呼吸作用，另一方面臭氧的存在吸收大量有害的紫外线，使后生动物免于有害辐射的损伤。

生物收割者假说

也有人从生态学的角度出发提出一种“生物收割者假说”。这种学说认为寒武纪之前的海洋是一个以原核蓝藻为主的初级生产者所组成的生态系统。由于生态空间被这种营养级单一、且数量庞大的单一物种群落占据，所以群落的进化一直非常缓慢。

夏季太湖蓝藻爆发

寒武纪爆发的关键是出现了食用蓝藻这类原核细胞的原生动物，试想这些食用蓝藻的动物刚出现时，没有天敌到处都是食物（蓝藻）。简直就是这些动物的天堂，所以这些原生动物快速繁衍，它们被称为草食收割者。收割者大量消灭蓝藻的同时也为新物种腾出了多样性空间。而这种草食收割者的大量繁殖又导致进化出了更特异的收割者，物种开始出现多样化。生态空间内的物种开始向两个方向迅速发展：较低层级的生产者不断进化躲避追杀，增加了许多新物种。而食物链顶端也在不断增加了新的"收割者"，丰富了营养级的多样性。最终使得整个生态系统的生物多样性不断丰富，导致了寒武纪生命大爆发的产生。

这很类似热力学系统中的耗散结构。耗散结构是指当一个系统处于非平衡状态时，通过系统与外界交换能量和物质而形成和维持一种稳定化了的宏观体系结构。这个系统不是热力学定律中的孤立系统而是一个开放系统。这样的系统处于远离热力学平衡的状态时，在一定外界条件下，由于系统内部非线性相互作用，可以经过突变而形成新的有序结构。耗散结构总是通过某种突变过程出现的，在突变前后存在某种临界点，系统内部涨落一旦跨过这个临界点表现出的现象或特征就截然不同了，而且这种突变非常快。寒武纪生命大爆发就很类似这种情形，这里的系统当然是指生态系统。当时的生态系统就处于一个耗散结构变化的临界点上，由原来很简单的单一结构突然产生巨大的复杂结构。

化石形成的偏见

对于"收割理论"科学家们目前还没有找到直接的证据来证明。当然也有人认为在寒武纪之前物种就大量增加了。只是最初出现的是大量软体动物，由于软体动物较难留下化石所以被我们忽略了。寒武纪时间由于海洋中的钙元素大量增加出现大量甲壳类的动物，在考古与地质学上，较为容易发现这些具有骨骼类动物的化石，所以表现为物种突然增加。其实在此之前软体类动物已经大量出现了。

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❓知乎讨论: 生命为什么会在寒武纪突然发生大爆炸呢？

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本文来自专辑《进化的历史》