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回顾:国家动物博物馆第114期科普讲堂《寒武纪生命大爆发》
发布者: 发布时间:2017-11-02 阅读:

第114期的科普讲堂我们迎来了南京古生物博物馆馆长冯伟民博士,他和到场的科普爱好者们共同分享了有关寒武纪生命大爆发的故事。

 


相对于漫长的地球历史,我们人类存在的时间简直是太短了。冯馆长给我们做了一个形象的比喻:如果将地球目前经历的46亿年比作一天的24小时,那么生命起始于凌晨4点,多细胞生物出现在晚上20点左右,恐龙的时代延续了大约50分钟,而我们人类的身影仅仅出现在这一天最后的一分十几秒。作为后来者的我们,一直想知道地球上曾经发生过什么,复杂的生命系统是怎样形成的?地层中的化石为我们提供了解决这些问题的可能性,就如同冯馆长所说“化石静静的躺在书页中,栩栩如生的展示其形体、功能、环境和演化轨迹”。研究者从不同地质时代的地层中寻找化石,研究它们的结构,进行对比和分析,最终揭开了生命演化的秘密。在所有的生物进化事件中,寒武纪生命大爆发带给我们的困惑是最多的。


在生命演化的38亿年历史中,前30多亿年经历了原核生命的起源与演化、真核生命起源与演化和多细胞生物起源与演化,那时生物非常原始 、微小和非矿化。至距今六亿年前多细胞生物才已然宏体化,且只有极少数动物门类可归入现生类型。直到距今5.3亿年前的寒武纪早期,发生了寒武纪生命大爆发,生物界大约只用了一千万年时间,涌现了几乎所有现生动物门类和许多已经灭绝了的疑难门类。而在以后的5亿多年的时间里,几乎没有新的动物门类出现在地球上。

 

寒武纪动物大爆发对达尔文生物进化理论而言与其说是一次挑战,不如说是一次完善和发展。达尔文进化论认为,一切动物和植物起源于共同的祖先,进化是渐变的过程、是微小变异和遗传不断积累的结果,其进化动力在于自然选择。但是寒武纪大爆发表明,达尔文所描绘的渐变与澄江动物群所展示的寒武纪大爆发的跃进都是客观存在,进化的渐变和跃进不论在时间上和空间上都是互为镶嵌和互为连锁的。


目前,寒武纪大爆发已经得到多方面研究的证实:1、前寒武纪动物化石贫乏,动物化石的数量也相对稀少、骨骼的生物矿化程度较低,只有海绵、刺细胞动物等少数动物;


2、小壳化石(是寒武纪最早期海生无脊椎动物的泛称)的大量出现为大爆发提供了主要证据;



3特意埋葬软躯体化石库(保存有生物软躯体的化石库)的发现也为大爆发提供了重要证据,此类化石以我国澄江动物群最为重要;



4、寒武纪还发现了大量的遗迹化石(各种生命活动的形迹构造所形成的化石,包括各种生物扰动、足迹、移迹、潜穴、粪便化石等),寒武纪早期遗迹化石的复杂性和类型多样性都比前寒武纪大幅增加。

 


通过对寒武纪大爆发期间的化石研究,我们不仅发现了大量原口动物和后口动物的化石,还发现了许多鲜为人知的珍惜动物以及形形色色的难以归入已知动物门类的化石。根据这些化石证据,我们建立起来了完整的地球生命参天大树


为什么会发生寒武纪的生命大爆发?我们没有办法回到那个时代,但是通过对现存动物的进化研究以及化石证据,我们已经可以初步的推测这个神奇的事件可能的发生原因。从生物因素来看,Hox(同源基因,负责调控生物形体的基因)的突变可能是大爆发发生的内在原因;而随着生物种类的增加,彼此之间的捕食行为也推动了它们的相互演化;生物的演化也改变着它们生存的环境,从而使环境也变得更适于生物生存;创新性动物器官(如眼睛、口器等)和生物矿化(骨骼的出现)使得生物的形体有了很大的改变,从而能够更适应环境。


非生物环境的改变也可能推动了生物的爆发式进化,例如太阳高能辐射的减弱使得地球辐射降低从而更适应生物生存;原始大陆的解体使得海平面上升,出现了大面积的适合动物生存的浅海地区;大气中氧气含量的上升使得生物具备了更强、更复杂的肌肉系统和新陈代谢功能,这也导致动物体型的增大;海洋中钙和磷的增加也为动物骨骼的发展提供了更适合的材料。


寒武纪生命大爆发是地球生命进化史上最壮观的事件,也一举奠定了之后五亿多年以来后生动物为主导的海洋生态系统,是现代地球动物多样性形成的基础。大爆发带给人类的震撼至今仍余波未尽,吸引着不同学科的科学家开展持续的研究,也引起了社会和公众很大关注。它的一系列未解之谜仍等待我们去探索。


与历次讲座不太一样的是,在提问环节,向冯馆长提问的大多是孩子家长,问题的专业程度也相当高。可见,我们的科普教育活动的受众已经从孩子慢慢的向更广泛的年龄群体在拓展了。这样的变化让我们倍感欣慰,在将来,我们一定会安排更多、更有趣、更专业的科普活动,让更多的人感受到科学的魅力。


注:文中插图来自冯伟民先生

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