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寒武紀之前 在談寒武紀之前，我們不得不先介紹下寒武紀之前地球是什么樣子：   是個大雪球(?·??·?)?? 在距今約7.5億年到5.8億年的新元古代，整個地球都處于完全冰封的狀態。  距今約7.5億到5.8億年前的雪球地球 雪球地球的形成破壞了當時薄弱的依靠陽光進行生存的生態系統，但同時也帶來了許多生命的機遇。在雪球內部，生命的傳遞依舊在延續著，冰層之下仍然有液態水。而海底熱泉等為生命的延續與發展提供了庇護與保障。  現代洋底熱泉——來自大西洋洋底  全球化的冰蓋可能促進了多細胞生物的爆發 看似毫無生機的“雪球”內部，卻正在孕育著對整個地球演化史都舉足輕重的一次大爆發。隨著板塊運動的進行，巖漿活動使得CO2含量顯著升高，雪球漸漸消融，便迎來了我們今天的主角——寒武紀。  寒武紀生物群——假想圖 它是地球演化進程中顯生宙的開端，此時最后一個全球大冰期（雪球地球）僅僅結束了數個百萬年。它是漫漫地球演化歲月中第一個生物物種大爆發的時代，引領了大多數現代動物門類的發散。 1 什么是寒武紀（Cambrian） 寒武紀上承埃迪卡拉紀，下啟奧陶紀，演化時代由距今541Ma（5億4千1百萬年）一直到485.4Ma，持續時間長達5560萬年。  2017年國際年代地層表 “寒武紀（Cambrian）”這個名詞最早于1835年由英國地質學家亞當·塞奇威克（Adam Sedgwick）引入地質文獻。  英國地質學家 亞當·塞奇威克 這個名字來源于威爾士（Wales）地區一個古代地名“Cymru”的拉丁文名稱。而中文名稱“寒武紀”則來源于舊時日本人使用日語漢字音讀的音譯名“寒武紀”。 2 寒武紀與中國金釘子 “金釘子”是全球年代地層單位界線層型剖面和點位（GSSP）的俗稱。一旦在某地方釘下“金釘子”，該地就變成一個地質年代的“國際標準”，對照它，便可以對應標出其他巖層的“年齡”，是地層年代統一的“度量衡”。  金釘子名字的起源——18k金制成的道釘 寒武紀的五個金釘子中，中國地質學家便貢獻了三處金釘子，分別是位于湖南的排碧金釘子、古丈金釘子與浙江江山金釘子，分別于2003年，2008年與2011年被國際地科聯批準。 自此，由于南京地質古生物研究所彭善池研究員及其團隊的貢獻，國際地層表中，寒武紀地層表有一統三階（芙蓉統、古丈階、排碧階以及江山階）以我國地名所命名。 3 寒武紀——生命演化史 寒武之初——生物大爆發的高潮 6億年前泛非造山作用（Pan-African orogeny）形成了潘諾西亞超大陸（Pannotia），該超大陸在5億4000萬年前的前寒武紀分裂。  600Ma（六億年前）的超大陸假想圖  理論中的超大陸——潘諾西亞超大陸（Pannotia）545Ma 伴隨著潘諾西亞超大陸（Pannotia）的裂解，雪球事件最終結束，地球迎來了大范圍的回暖。此時尚處在新元古代埃迪卡拉紀，出現了最早的多細胞生物——刺胞生物。 埃迪卡拉紀生物群代表——狄更遜水母 很多研究者認為，多細胞生物的大爆發其實在新元古代埃迪卡拉紀已初現端倪，但是在埃迪卡拉與寒武之交，遍布全球的埃迪卡拉生物群迅速消失，取而代之的是寒武紀生物大爆發。 寒武紀生物大爆發的代表——三葉蟲——加拿大伯吉斯頁巖 與之前的生物爆發相比，寒武紀之初生物化石的門類與數量上升到了新的高度。在世界各地均有關于寒武紀生物化石的發現，但其中尤以中國云南澄江生物群與加拿大伯吉斯生物群最為典型。 加拿大伯吉斯生物群 伯吉斯頁巖（Burgess Shale Formation）位于加拿大西北的英屬哥倫比亞境內的落基山脈。 落基山脈 加拿大伯吉斯地區衛星影像圖 伯吉斯頁巖最早發現于1909年，加拿大古生物學家查爾斯·都利特·沃爾科特（Charles Doolittle Walcott）在當季野外調查將要結束的時候發現了這套頁巖。他在1910年帶著他的數個兒子回到該露頭，在現在被稱為化石嶺（Fossil Ridge）的側面建立了采石場開挖化石。由此揭開了伯吉斯生物群的神秘面紗。 加拿大伯吉斯地區沃爾科特采石場——出露大量化石 伯吉斯化石群保存種類繁多的寒武紀生物軟組織化石聞名于世。 歐巴賓海蝎化石最早發現于伯吉斯頁巖中，古生物學家經過復原后認為其擁有五個眼睛與一個類似真空吸塵器軟管的口鼻部，結構與其他古生物大相徑庭。 歐巴賓海蝎化石以及藝術家復原圖 奇蝦是另一種在伯吉斯常見的化石，也常見于中國、美國、加拿大、波蘭及澳洲的寒武紀沉積巖。 伯吉斯頁巖中最早發現的奇蝦化石 奇蝦（Anomalocaridids）是一類體型巨大、身體造型奇特的化石節肢動物，具有大而精細的復眼、特化的捕食前附肢、口錐和游泳槳狀肢，表現出對捕食行為的高度適應。 奇蝦體長最大可達2米，被認為是顯生宙海洋生態系統中最早的頂級捕食者。 奇蝦與正常人類對比 伯吉斯頁巖中豐富的一種軟體蠕蟲Ottoia 馬爾三葉形蟲（Marrella）伯吉斯頁巖中最常見的生物 中國云南澄江生物群 澄江生物群位于中國西南部云南澄江縣境內，已經發掘出40多處散存的寒武紀多門類古生物群遺址，距今約5.20億到5.25億年，主要集中于帽天山頁巖。 云南帽天山 1984年7月1日，南京地質古生物研究所的研究學者侯先光先生已在野外連續工作二十幾天了，他持續尋找好的地層剖面，以采集當時他所專長早期寒武紀地層中的古介形蟲化石。這天，他選擇云南省澄江縣帽天山西面山坡上的地層出露面開始系統采樣工作，在發現兩個不尋常化石之后，一種之前僅見于加拿大伯吉斯頁巖中的節肢動物化石——納羅蟲（Naraoia），赫然出現在巖石的新劈開面。 1984年7月1日在帽天山上發現的第一塊化石——納羅蟲 隨后，又陸續發現了多個之前未曾發現并且保存軟體的化石。其后持續的調查與研究，又發現了許多新類別的化石，距今五億三千萬年前的「澄江生物群」就這樣被意外地發掘出來了。 撫仙湖蟲——澄江生物群的代表生物之一埋藏在距今5.3億年的澄江化石地 圓筒帽天山蟲化石，屬于寒武紀早期中段的生物 周小姐蟲化石與 復原圖 周小姐蟲是在澄江牛蹄塘組（寒武紀第三階）地層發現的一種早期小型海生節肢動物，大小可長至6公分，其命名來自中科院南京地質古生物所的古生物學家周桂琴，以表彰她對澄江動物群研究的貢獻。 澄江生物群由于化石埋藏地質條件特殊，不但保存了生物硬體化石，而且保存了非常罕見的清晰生物軟體印痕化石。其中，豐嬌昆明魚是已知最古老的脊椎動物，化石在5億3千萬年前寒武紀的地層被發現。它似乎是有由軟骨構造的頭顱骨及骨骼。 豐嬌昆明魚復原圖——已知最早的脊椎動物 澄江動物群在世界范圍內古生物研究史上具有獨一無二的地位，它比加拿大的伯吉斯動物群豐富，而且年代方面更早一千萬年，使我們得以窺見寒武紀生命大爆發時代的海洋景觀。 1995年12月4日出刊的時代周刊，將澄江生物群譽為20世紀最重要的古生物發現。 2012年，澄江化石地入選聯合國教科文組織世界遺產名錄。 寒武紀初期的生命大爆發是地球生物演化史中里程碑式的事件，這一時期的化石群相當典型，非常多的不同種類的生物幾乎同時在這一時期出現。 陳均遠教授根據澄江動物群構思的第一幅寒武紀早期的海中生物群集 寒武紀大爆發的事實證據也曾讓達爾文非常困惑，在《物種起源》中寫道：“這件事情到現在為止都還沒辦法解釋。所以，或許有些人剛好就可以用這個案例，來駁斥我提出的演化觀點。” 1881年暮年達爾文 但即使到達爾文死后一百多年的今日，寒武紀大爆發依舊是科學界的一大謎題，尚待更多的考古證據出土，也許就能窺見當時的實際情況，找出真正的原因。 以生物爆發開始，以大滅絕謝幕 自從生命大爆發已經過去了5000多萬年，濕潤溫暖的氣候，使得寒武紀的地球成為當時生物物種的天堂。殊不知，歷史上第一次生物大滅絕事件正在臨近。 4.88億年前，發生了一次生物集群滅絕事件。當時消滅了很多腕足動物門、牙形石及嚴重減少了三葉蟲的物種數目，在地球上約49%的屬都在這次事件中消失。 寒武紀腕足動物貝殼化石 牙形石化石 目前，生物滅絕的原因也沒有真正發現。有學者認為源于海水缺氧。 缺氧事件或大洋缺氧事件指的是海洋中氧氣缺乏的一段時期，期間海水中的硫化氫含量大幅增加。它在地質史上曾多次發生，同時伴隨而來的是生物集群滅絕。因此生物地層學上將缺氧時間當成時間劃分的一個重要指標。 缺氧事件生物滅絕地——紅圈表示大規模滅絕地，黑點則是規模未知的滅絕地 也有部分研究人員認為源于極超新星爆發。如果一顆極超新星在地球附近的位置爆發，其高能輻射定會摧毀地球的生命。 海山二——位于船底座，是最接近極超新星的候選者 極超新星爆發會釋放出伽馬射線，其過程持續數秒便會嚴重破壞地球臭氧層，使得太陽釋出的紫外線襲擊地球，導致地面及近海面的大量生物死亡，從而破壞食物鏈。 以上原因都源于假設，真正的原因如何，還需要大量的證據來綜合分析。 哈哈 生物大滅絕事件結束了古生代的寒武紀，并進入奧陶紀。 寒武紀最終謝幕！ END 參考文獻： [1] Orr, Patrick J., D. E. G. Briggs, and S. L. Kearns. 'Cambrian Burgess Shale Animals Replicated in Clay Minerals.' Science 281.5380(1998):1173-1175. [2] Bowring, S. A., et al. 'Calibrating rates of early Cambrian evolution. ' Science 261.5126(1993):1293-1298. [3] Compston, W. 'Zircon U-Pb ages for the early Cambrian time-scale.' J.geolog.soc 149.2(1992):171-184. [4] 朱茂炎. '動物的起源和寒武紀大爆發:來自中國的化石證據.' 古生物學報 49.3(2010):269-287. [5] 陳均遠等. '澄江生物群——寒武紀大爆發的見證.' 國立自然科學博物館 (1996). [6] 舒德干等. '再論寒武紀大爆發與動物樹成型.' 古生物學報 48.3(2009):414-427. |
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