宜昌现清江生物群寒武纪生命大爆发的原因是什么？

宜昌现清江生物群

提起证明寒武纪生命大爆发存在的化石群，人们会想到云南澄江生物群和加拿大布尔吉斯页岩化石库，但今后也许会多出一个：来自中国湖北的清江生物群。

中美研究人员21日在美国《科学》杂志上发表论文宣布，他们在湖北发现寒武纪生命大爆发时期的一个新生物群——清江生物群，将为研究地球动物门类起源和早期演化提供重要科学依据。

《科学》杂志发给媒体的简介写道：“揭示寒武纪之秘的新宝藏出土了。”

在宜昌长阳地区发现的清江生物群形成于5.18亿年前的早寒武纪时期。5.4亿年前后，地球在较短时间内涌现出一系列与现代动物形态基本相同的动物门类，被称为寒武纪生命大爆发。清江生物群与上世纪八十年代发现的云南澄江生物群同处于动物门类爆发式起源演化的极盛时期。

目前，研究人员在清江生物群中已发现101个后生动物属，其中先前未有描述的新发现属种占53%，软躯体生物种类比例高，85%不具有矿化骨骼，绝大多数为水母、海葵等无骨骼动物。

论文通讯作者、中国西北大学地质学系教授张兴亮对新华社记者说，清江生物群与澄江生物群具有很强的互补性，澄江生物群也以软躯体生物化石为主，但两个生物群的生存环境不同，属种组成也有差异。澄江生物群生活于离海岸较近的浅水环境，而清江生物群生活于远离海岸的较深水环境。

张兴亮说，清江生物群的化石形态保真度不亚于加拿大布尔吉斯页岩化石库和澄江生物群。澄江生物化石经历了强烈的风化作用，生物原来的有机质没有保留下来。相比之下，清江生物群的化石未经强烈的成岩作用和风化作用改造，以有机碳质薄膜的形式保存下来，是开展埋藏学、地球化学和古环境学研究的理想素材。

瑞士洛桑大学古生物学家艾莉森·戴利在同期刊发的评论文章中说，这是一个“令人震惊”的发现，“清江生物群的宝藏为探索寒武纪生命大爆发时期古生物环境条件如何影响生态结构及演化驱动因子提供了令人兴奋的机会”。

寒武纪生命大爆发的原因是什么？

寒武爆发吸引了无数的古生物学家和进化论者去寻找证据探讨其起因。100多年以来的证据产生出解释寒武爆发的两种基本观点。

一种观点认为，寒武爆发是一种假象，这是某些达尔文或新达尔主义者所持的观点。

由于进化是渐进的，所谓的“爆发”只是表明首次在生物化石记录中发现了早在前寒武纪就已经广泛存在并发展的生物，其它的生物化石群则可能由于地质记录的不完全而“缺档”，造成这种“缺档”的原因是前寒武纪地层经历着热与压力，其中的化石被销毁了。

由于发现前寒武纪化石沉积层中存在大量象细菌和蓝藻这样简单的原核生物，因而这一解释不再有说服力。

另一种观点认为，寒武爆发代表了生物进化过程中的真实事件，科学家从物理环境和生态环境的变化两个方面来解释这一现象。

1965年，两位美国物理学家提出了寒武爆发是由于地球大气的氧水平这个物理因素造成的。他们认为，在早期地球的大气中含有很少或根本就没有自由氧，氧是前寒武纪藻类植物光合作用的产物并逐渐积累形成的。

后生动物需要大量的氧，一方面用于呼吸作用，另一方面氧还以臭氧的形式在大气中吸收大量有害的紫外线，使后生动物免于有害辐射的损伤。

生物学家则从生物本身的生态关系来探讨这一问题，因为地质学的证据否定了这种氧理论的观点。

大约在距今10亿年至20亿年之间广泛沉积层中含有大量严重氧化的岩石，这说明在这一时期内已经存在足够生命爆发的氧条件。

因而生物学家从两个重要事件的出现来探索造成寒武爆发的原因，即有性生殖的产生和生物收割者的出现。

从化石资料来看，真核藻类大约在9亿年前出现了有性生殖，实际上，有性生殖出现得更早。有性生殖的发生在整个生物界的进化过程中有着极其重大的作用，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。

生物收割者假说是美国生态学家斯坦利提出的，是一种解释寒武爆发的生态学理论，即收割原则。斯坦利认为，在前寒武纪的25亿年的多数时间里，海洋是一个以原核蓝藻这样简单的初级生产者所组成的生态系统。这一系统内的群落在生态学上属于单一不变的群落，营养级也是简单唯一的。

由于物理空间被这种种类少但数量大的生物群落顽强地占据着，所以这种群落的进化非常缓慢，从未有过丰富的多样性。寒武爆发的关键是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。

收割者为生产者有更大的多样性制造了空间，而这种生产者多样性的增加又导致了更特异的收割者的进化。

营养级金字塔按两个方向迅速发展：较底层次的生产者增加了许多新物种，丰富了物种多样性，在顶端又增加了新的“收割者”，丰富了营养级的多样性。从而使得整个生态系统的生物多样性不断丰富，最终导致了寒武纪生命大爆发的产生。

对于“收割理论”科学家们如今还没有找到直接的证据来证明其正确性，然而，一些间接的证据支持了这一理论。间接证据之一来自于前寒武纪叠层石，这些由藻类组成的叠层石中保存了前寒武纪最丰富的生产者群落。

今天，叠层石仅盛产于缺少后生动物收割者的贫瘠环境中，如超盐量的咸水湖中。藻类在前寒武纪地层中的大量存在，大概反映了当时收割者的贫乏。

另外，生态学野外研究也提供了一些间接的证据，研究表明，在一个人工池塘中，放进捕食性鱼，会增加浮游生物的多样性；从多样的藻类群落中去掉海胆，会使某一藻类在该群落中占统治地位而多样性下降。

寒武爆发作为地史上的第二大悬案一直为人们所关注。随着化石的不断发现及新理论的建立，这一谜团最终将大白于天下。

2019年3月21日，宜昌现清江生物群。