寒武纪生命大爆发

概括：这道题是缪赡籽同学的课后语文练习题，主要是关于寒武纪生命大爆发，指导老师为柳老师。

题目：寒武纪生命大爆发

解：

寒武纪生命大爆发

被称为古生物学和地质学上的一大悬案——寒武纪生命大爆发,自达尔文以来就一直困扰着进化论等学术界.“寒武纪”是地质史上的一个年代,因英国的一座小山而得名,期间大约是五亿四千万年前至五亿一千万年前.它的名称并不含有特殊的意义,但它却是一个特殊的时代.

地球大约是在46亿年前诞生的.在地球诞生后的40亿年时间里,地球上的生命,包括植物和动物,几乎没留下任何实质性的痕迹.然而,在此后不超过500万至1000万年的这段短短的时间里,即大约6亿年前,在地质学上称做寒武纪的开始,绝大多数无脊椎动物门在这几百万年的很短时间内出现了.这种几乎是“同时”地、“突然”地出现在寒武纪地层中门类众多的无脊椎动物化石(节肢动物、软体动物、腕足动物和环节动物等),而在寒武纪之前更为古老的地层中长期以来却找不到动物化石的现象,被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”,简称“寒武爆发”.达尔文在其《物种起源》的著作中提到了这一事实,并大感迷惑.他认为这一事实会被用做反对其进化论的有力证据.但他同时解释到,寒武纪的动物一定是来自前寒武纪动物的祖先,是经过很长时间的进化过程产生的；寒武纪动物化石出现的“突然性”和前寒武纪动物化石的缺乏,是由于地质记录的不完全或是由于老地层淹没在海洋中的缘故.

古三叶虫

1882年,达尔文在生命的最后一封信中谈到古三叶虫.在他看来像三叶虫这么复杂的动物突然地出现在寒武纪地层中,这是不可思议的.

三叶虫是生活在五亿多年前到两亿多年前的一种已经灭绝的原始节肢动物.它的形体扁宽,背面正中突起、背上有两道纵沟,把身体纵分为三叶形,因此而得名.

过去,寒武纪通常被称为“三叶虫的时代”,因为在寒武纪地层中保存有大量的比其他类群丰富的三叶虫化石,而在寒武纪地层中,不具矿化的软躯体动物化石从未被发现.

科学家从寒武纪之前的古老岩层中发现了一些单细胞生物的化石残骸,但它们都在不久以后销声匿迹了.这就好像在生命的史书上划了一条分界线,之前不过是热身运动,之后到了寒武纪真正的进化才开始.

一切都突然开始了,生命的形式不知为什么突然就变得多姿多彩,生机盎然,这一突发性生命创新事件通常称为“寒武纪生命大爆发”.正是在这一时期,生命选择了其基本的形式,以后也再没有什么大的改变.当科学家们检索寒武纪时代的化石所记载的历史时,到处可见的是难解的谜和进化过程中的空白阶段.当新的生命形式在化石记录中出现时,人们找不到与之相对的原种,而当它们突然消亡时,又没留下什么显而易见的进化体.

“为什么我们没有发现成千上万的过渡类型化石埋藏于地壳中呢?” 达尔文痛苦地意识到,地层断层中确实缺少此类化石的存在.这一事实一直困扰着达尔文,以至于他在书中用了一整章来讨论“地质记录的不完整”.

布尔吉斯动物群的发现

1909年8月,美国地质调查所所长维尔卡特带领全家到加拿大落基山脉的布尔吉斯山去野外地质旅行.回程的路上,一块石头绊倒了他夫人的坐骑,维尔卡特捡起这块作怪的石头,奇迹出现了,一块保存有软体动物的化石显现在维尔卡特面前.

后来,经过大规模的发掘、采集后,布尔吉斯动物群给当时科学界造成极大震撼.它使科学家第一次清楚地认识到,在寒武纪海洋中具有骨骼化的动物仅仅占少数,绝大多数是不易保存的软躯体动物门类,纠正了人们对寒武纪仅存有三叶虫等少数硬体动物的错误认识.

化石记录了五亿一千五百万年前寒武纪中期无脊椎动物惊人的丰富,被科学界视为生命起源和早期演化的重要依据,为破解寒武纪生命大爆发之迷提供了重要线索.

由于地质保存上的缺陷,布尔吉斯动物群化石没有立体的层面,很多的动物形态只能依靠推测.

1981年,加拿大布尔吉斯动物群被联合国教科文组织批准为“世界文化遗产遗址”,成为全世界古生物学者关注的圣地.

寒武纪生命大爆发的代表——云南澄江动物群

在昆明东南方50多公里的地方有一座小城.境内有著名的抚仙湖,湖水清澈纯净,可直接饮用,小城也由此而得名澄江.但是,谁也料想不到一本破解地球生命的天书,就埋藏在澄江这座不起眼的帽天山下.对古生物学家侯先光教授而言,1984年他在澄江帽天山的那次重大发现,至今还使他无法平静.

在澄江帽天山的半山腰有一座外形奇特的建筑,这是中科院南京古生物所的野外工作站.它由中国著名建筑师齐康设计,其设计灵感来自在帽天山上发现的一种寒武纪生物--灰姑娘虫.

1984年7月,南京地质古生物研究所侯先光研究员在云南澄江县帽天山发现了第一块早寒武纪动物化石长尾纳罗虫.这次发现可以说是很偶然的事件,侯先光原来的意图是到澄江来寻找金碧虫的化石,没想到无心插柳,意外获得了这块长尾纳罗虫的化石.

那年6月,侯先光在导师张文堂的指导下,赴云南为硕士研究生论文搜集古介形类化石.

1984年7月1日,下午3点钟左右,侯先光在一大堆石块中随手拿起一块,一锤下去——一个栩栩如生的虫体出现了.这是一条寒武纪早期的无脊椎动物,属于知名的古生物学家维尔卡特于1909年在加拿大发现的布尔吉斯动物群的一个重要成员.国外科学家认为纳罗虫是最早出现的硬体生命之一,在亚洲大陆还是首次发现,而且还保存有附肢.这一发现意味着,寒武纪生命大爆发的证据就在脚下.后来,这一天成了澄江动物化石群的纪念日.世界著名古生物学家、德国的塞拉赫教授称：“澄江动物群的发现就像是来自天外的信息一样让人震惊.”美国《纽约时报》称：“中国澄江动物群的发现,是本世纪最惊人的发现之一”.

侯先光带着这一重大成果返回南京,写出了发掘报告,并与导师张文堂教授撰写了研究澄江动物化石的论文《纳罗虫在亚洲大陆的发现》,师生俩在文章中把澄江发现的古生物正式命名为“澄江动物化石群”.从此揭开了而后二十年让世人不断惊讶的序幕.

一系列的野外发掘和研究工作由此开始.不断的发现和探索,将五亿三千万年前的生命世界展现了出来.

消息传出后,一批批国内外地质学家和古生物学者蜂涌而至,一批又一批形态各异的化石被挖掘出来,人们从未见过保存得如此完整的生物化石：不仅保存了生物的骨骼,还保存了表皮、纤毛、眼睛、肠胃、消化道、口腔、神经等各种软组织.其中,水母状化石的触手、辐管、环肌、中央腔和口部构造清晰可见,蠕虫化石的体环、吻部构造、消化道和尾刺完整无缺,腕足动物化石则显示出从外壳向外伸出的粗壮的肉茎.以或卷曲或斜躺或平直姿势埋藏的纳罗虫化石,完好地保存着它们的软躯体构造,甚至连肠道中充满的食物也清晰可见,显示着其在临死之前还曾经饱餐一顿.具有网状骨片的微网虫,即使活着时保持站立的姿势就已经很不容易,有的竟然可以在死后仍然保持立姿.这些化石是世界其他地方难得一见的带软躯体构造的化石.5亿年前生物的软躯体构造居然能成为化石陈存在岩层中,这是澄江化石最为独特之处.

专家从澄江古生物化石群发现,现今世界上所有的动物的门都在这一时期同时出现,而且之后再没有产生新的门.这一时期出现的生命的形状同今天的生物已很相近,从星形对称的海星到左右对称的甲壳纲动物,以及具备脊椎雏形的动物等.在云南省澄江县发现的动物化石中,即使不包括现在已经绝灭了的门,所发现的动物的门仍多达20个,而现在地球上热闹非凡的上千万种生物总共才35个门.这说明,在寒武纪早期,动物多样性的基本体系就已经建立了.

1989年,真正的完整的微网虫化石在帽天山出现,令科学家大跌眼镜.原来,困惑了古生物学界几十年的这些骨片,就长在一个蠕虫一样的生物体内,身体两旁.

微网虫是绝灭了的多腿缓步类动物.身体长4到6厘米,头短而小,尾长.其腹部两侧具有成对的腿,不善行走,用带爪的腿攀附在其它生物体上,是澄江动物群的珍稀化石.

陈均远教授发现的微网虫使得带网孔骨片的化石在分类学上的定位问题得到了解决.美国哈佛大学的古尔德教授撰文写道：因为微网虫完整化石的发现和研究,使得人类科学的历史又向前跨越了一步.

澄江动物化石群的又一重大贡献,就是发现了完整的奇虾化石,证实了早寒武纪即存在肉食动物. “奇虾”并非真正的虾,它是寒武纪海洋里最大最凶猛的食肉动物.1992年帽天山北坡修筑公路,推土机推出了一个巨大的断面,最完整的奇虾化石终于显形了.

奇虾的第一块化石早在1892年发现于加拿大.其实这只是奇虾的一个前肢,当时却被错误地认为是某种虾状动物的身体,但令人困惑的是,总找不见虾头.直到在澄江帽天山发掘出三块最完整的奇虾化石,才使古生物学上长达一个世纪的误解终于被澄清.原来,布尔吉斯发现的“奇虾”只是一种大型食肉动物的一只“手”而已.在过去的100多年间,科学家们一直认为奇虾是无腿的大怪物,而澄江出土的奇虾化石腹部都有粗壮成对的腿.

奇虾是巨型肉食动物,头背部有一对茎状眼,口腔前侧有一对强壮的用于捕捉猎物的巨形前肢.根据其化石碎片推测,这类动物体长可达2米以上,它的嘴直径可达25厘米,而当时动物的平均大小却只有几毫米到几厘米.相比之下,奇虾是所向无敌的巨无霸了.后来,日本科学家根据化石复原模型和研究成果做出了奇虾的模型.我们看到,科学家模拟出来的这种动物,有长长的触角和胡须,像虾一样的壳和尾翼,软软的身体下部有一个方形的口,用来过滤海水,获得食物.

奇虾的出现,标志着在寒武纪初期,海洋的生态系统已经有了相当完整的金字塔式的食物链系统,而奇虾就是位于这个金字塔顶端的生物.

1991年,候先光教授在帽天山发现了一种蠕虫状动物化石,命名为“云南虫”.当初,由于某些特征难于解释,它被放在分类位置不定的蠕形动物.四年后,南京地质古生物研究所陈均远教授在英国《自然》杂志上首次提出云南虫属最古老的脊索动物,拉开了它们神秘的面纱. 而西北大学舒德干教授,由相同的线索,引出了不同的结论.“它已经超出了非脊索动物的范围.但是,我觉得因为它没有肌节,没有真正的脊索,也就是说不具备真正脊索动物的两个基本特征.” 半索动物的论证遭到陈均远的驳斥,他极力支持云南虫是脊索动物. 争论往往是发现的契机.1999年4月,陈均远教授等在昆明海口耳材村的山坡上发现了云南虫的近亲“海口虫”,把澄江动物群的研究推向了高潮. 海口虫向世人提供了一幅清晰的大爆发早期的、不容置疑的脊索动物的快照. 同年11月,西北大学舒德干教授等又在昆明海口地区发现了保存极为完善的“昆明鱼”化石,再次引发科学界的大震憾. 澄江动物群的“海口虫”、“昆明鱼”等珍奇化石的发现,使古生物学界形成了共识.在前寒武纪末期至寒武纪初期,地球上确实发生了一次生物门类大创新事件,而且,现今的动物界无脊椎动物和脊椎动物两大类都参与了这次大爆发事件.

在这些动物化石研究中,最令人激动的是被命名为“云南虫”的一种动物,它是最古老的脊索动物,它的发现和研究,将包括人类在内的脊椎动物的历史向前推进了1000多万年.地质时代中生代的脊索动物恐龙,地质时代新生代的脊索动物哺乳类动物以及后来的人类,它们的共同祖先是"云南虫".

根据科学家推断,“云南虫”当时为了获得在海中游泳的能力,在各体节内发展了肌肉,利用肌肉收缩来使身体呈现波浪运动.它的体内有一条贯穿前后的软管,作为椎骨,还有一对很小的侧折,后来演化成哺乳类的四肢,以及我们人类的臂和腿

2002年1月15日,云南省古生物学家罗惠麟、陈良忠、胡世学在昆明地区早寒武世澄江动物群化石中发现了海口华夏鱼、中新鱼两种新物种化石,此发现填补了从头索动物进化到脊椎动物的空白,一个寒武纪生命大爆发的壮观图景、一个生命演化的完整链条已经清晰地展现在人们面前.图为最新发现的中新鱼化石,从这块古老的化石上,能清晰地分辨出“鱼”的头部及背鳍、嘴和眼睛等器官.其实,这条化石“鱼”属原口动物纲,是最原始的软体脊椎动物.

举一反三

例1： 寒武纪生物大爆发原因的各种猜想是什么?最好有详细说明有没有多一点的猜想?

思路提示：

见解1：觉得这个理论比较脆弱,站不住脚.如果单单依靠“自由氧气”这个东西就使大范围生物出现的话,生命出现也太偶然啦

见解2：最新理论是由我国科学家经过长期调查得出的：生物大爆发只是个假象,在这之前生物大多都是无甲壳的软体动物（类似）所以化石留下的少.这之后进化出大量的甲壳生物,所以化石突然多起来了,好象是爆发似的.

见解3：引发寒武纪生物大爆发的原因,学界比较倾向于是大气中“自由氧气”的出现.地球上的氧气都是绿色植物光合作用产生的.如果从海洋中含叶绿素细胞的藻类算起,这个过程虽说已有几十亿年之久了,但产生的氧一直不断地被其它机制消耗着.如铁等金属的氧化过程.一旦这些金属元素都已变成氧化物而不再继续耗氧时,大气中才开始有了自由氧气.这就使得那些必须靠吸取氧气而存活的大型动物的诞生成为可能.因此各种大型化的动物一下子就都涌现出来了.是环境中“自由氧气”这种新物质的出现引发了寒武纪的生命大爆发.

例2： 【什么是寒武纪生物大爆发?为什么会产生寒武纪的生物大爆发?】[生物练习题]

思路提示：

自从从云南澄江天帽山地区发现大批的寒武纪古生物化石以来,人们禁不住对生物进化产生了怀疑.因为在寒武纪,各种生物物种似乎一下子就产生了,所以有人提出了寒武纪生物大爆发的理论.

寒武纪的那些生物物种究竟是如何产生的?难道是生物进化理论真的错了吗?

下面就这个问题我来发表一下自己的一点看法：

一、所谓的“一下子”指的不是断断的一瞬间,而是长达上亿年的时间,在这样长的时间里,对于早期的生命体系来说,已经有足够的时间来进化了.因为现代生物的变异和进化速度和远古时期是不同的.

二、 从地球生命起源的理论来看,在生命形成的前期,原始的海洋里经过几亿年的物质积累,形成了一个充满各种有机物的巨大“肉汤池”.在这个“肉汤池”里,某种原始的生命开始形成.一般认为,初期的生命是营异样生活的,它们以海洋里的有机物为食物.

对于初期生命的特点,我认为可能有下面的特点：遗传物质非常的不稳定,容易发生变异；生命体很脆弱很容易消亡；生命的繁衍速度非常慢.

但是经过几亿年的演化后,上面的弱点逐渐被克服了,那些遗传物质有一定的稳定性,生命繁衍速度较快的个体性状得到保存.此时,海洋里的有机物已经被消耗的差不多了.这时候,原始的单细胞掠食者开始产生；营自养生活的,即能进行光合作用的复杂生命开始产生.

由于绿色植物的开始出现,（它们是在原始生命出现后几亿年才开始出现的,它们的生命已经比较完善了.）大气和海洋中的二氧化碳的含量比较高,这样,能够进行光合作用的绿色植物大量繁殖.并在海洋中占据了统治地位,此时的海洋应该有这样的特点：

一、 整个海洋都是绿色的.对于以植物为食物的原始动物来说,那时有取之不尽的食物和充足的氧气.所以对于这些以植物为食物的原始动物来说,生存条件是得天独厚的.

二、 没有次级消费者,或者次级消费者相对较少,当然,对于这些次级消费者来说,生存条件更是得天独厚的.

三、 生物的遗传物质的稳定性比较差,变异比较容易发生.

所以,综合当时的生存条件,物种的变异比较容易发生,而且,生存的环境非常宽松,变异产生的各种形状都容易生存下来.这样,物种的数量就可以在短时间内大量爆发.

生命的早期,自然条件应该是：变异的速度非常快,所以进化的速度非常快；生存环境非常宽松,各种物质、能量非常丰富,空间也非常宽裕,是变异产生的个体容易生存下来

例3： 寒武纪生物大爆发的时间到哪一年[生物练习题]

思路提示：

寒武纪生命大爆发（Cambrian Explosion）被称为古生物学和地质学上的一大悬案──寒武纪生命大爆发,自达尔文以来就一直困扰着进化论等学术界.大约6亿年前,在地质学上称做寒武纪的开始,绝大多数无脊椎动物门在几百万年的很短时间内出现了.这种几乎是“同时”地、“突然”地出现在寒武纪地层中门类众多的无脊椎动物化石(节肢动物、软体动物、腕足动物和环节动物等),而在寒武纪之前更为古老的地层中长期以来却找不到动物化石的现象,被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”,简称“寒武爆发”.

例4： 请详细介绍一下寒武纪时期出现的生物．重点是节肢和软体动物,[生物练习题]

思路提示：

寒武纪是显生宙(Phanerozoic Eon)的开始,标志着地球生物演化史新的一幕.在寒武纪开始后的短短数百万年时间里,包括现生动物几乎所有类群祖先在内的大量多细胞生物突然出现,这一爆发式的生物演化事件被称为“寒武纪生命大爆炸”(Cambrian explosion).带壳、具骨骼的海洋无脊椎动物趋向繁荣,它们营底栖生活,以微小的海藻和有机质颗粒为食物,其中,最繁盛的是节肢动物三叶虫,故寒武纪又称为“三叶虫时代”,其次是腕足动物、古杯动物、棘皮动物和腹足动物,寒武纪的生物形态奇特,和我们现在地球上所能看见的生物极不相同. 比较著名的有早寒武世云南的澄江动物群、加拿大中寒武世的布尔吉斯页岩生物群.寒武纪的生物界以海生无脊椎动物和海生藻类为主.无脊椎动物的许多高级门类如节肢动物、棘皮动物、软体动物、腕足动物、笔石动物等都有了代表.其中以节肢动物门中的三叶虫纲最为重要,其次为腕足动物.此外,古杯类、古介形类、软舌螺类、牙形刺、鹦鹉螺类等也相当重要.抛开牙形石不说,高等的脊索动物还有许多其他代表,如我国云南澄江动物群中的华夏鳗、云南鱼、海口鱼等,加拿大布尔吉斯页岩中的皮开虫,美国上寒武统的鸭鳞鱼.

例5： 请说明”雪球地球”与寒武纪生物大爆发之间可能的因果关系.

思路提示：

结合土卫六的冰喷现象来加以分析就比较好理解了.

土卫六上冰喷表明,在其厚实的冰盖下面有液体,在高压下经裂隙喷出地表,类似火山暴发,喷出的液体瞬间在极低温的环境下迅速凝结成冰,所以叫冰喷.

地球史的雪球时代（按假说发生在7到8亿年前）,由于地球的体积更大,地下热量也更充分,因此液态水一直存在,有一个非常广袤的冰下海洋,生命在这儿得到了保护,但进化十分缓慢.由于类似地卫六冰喷的现象广泛存在,大气成分随着喷出气体的积蓄逐渐发生改变,冰雪开始大范围的融化,水的比热很高,吸收和热量又加速了温室效应,因此在一个不太长的时间内地球的冰雪面貌很快就被改变了,海洋变得越来越大,丰富的营养质对生命来说供大于求,因此就出现了前寒武纪生命大暴发现象.

相关思考练习题：

题1：寒武纪生命大爆发的阶段性

点拨：寒武纪生命大暴发假说划分阶段还是依据时间和化石情况来定的，大致说来如下： 1.早寒武世，以澄江动物化石群为代表：http://baike.baidu.com/view/534673.htm 2.中寒武世，以布尔吉斯生物化石群为代表：http://baike.baidu.com/view/1239904.htm...

题2：寒武纪生物大爆发时的主要生物

点拨：寒武纪是显生宙(Phanerozoic Eon)的开始，标志着地球生物演化史新的一幕。在寒武纪开始后的短短数百万年时间里，包括现生动物几乎所有类群祖先在内的大量多细胞生物突然出现，这一爆发式的生物演化事件被称为“寒武纪生命大爆炸”(Cambrian explos...

题3：谁能简略介绍一下寒武纪生命大爆炸？为什么在这个...

点拨：寒武纪生命大爆发（Cambrian Explosion）被称为古生物学和地质学上的一大悬案，自达尔文以来就一直困扰着进化论等学术界。大约5亿4200万年前到5亿3000万年前，在地质学上被认为是寒武纪的开始时间，寒武纪地层在2000多万年时间内突然出现门类众...

题4：寒武纪的主要生物

点拨：早寒武世、中寒武世和芙蓉世分别以贺尔姆虫、奇异虫和油栉虫为代表。太平洋动物群，则以莱德利基虫、库庭虫和褶盾虫为代表。 寒武纪生物大爆发是怎样产生的？ 回答 生物大爆发只是个假象，在这之前生物大多都是无甲壳的软体动物（类似）所以化石...

题5：生物大爆发有哪几次，，我记得《博物》上面介绍了5次

点拨：两次。 1、寒武纪生命大爆发 大约5亿4200万年前到5亿3000万年前，在地质学上被认为是寒武纪的开始时间，寒武纪地层在2000多万年时间内突然出现门类众多的无脊椎动物化石，而在早期更为古老的地层中，长期以来没有找到其明显的祖先化石的现象，被...