寒武纪生命大爆发新解与地球海洋动物生态系统建立*

寒武纪大爆发是地球历史上唯一的动物门类创生事件, 导致所有现生动物门类几乎同时在寒武纪早期海洋中首现——地球动物树成型。显生宙之后的其他重大地质事件甚至动植物登陆过程中地球再无新的动物门类出现。因此, 寒武纪大爆发既是重大生命事件也是地质事件, 成为地球宜居性演化研究的关键。国内外许多研究团队和学者从不同的视角对寒武纪大爆发做了深入探索和思考, 取得了系列成果和认识。基于生命物质的组织层次(organismal hierarchical level)及其地质背景, 本文提出了地球早期生命宏演化包括分子水平进化、细胞水平进化和组织水平进化三大宏演化阶段。据此, 认为寒武纪大爆发的实质是原生生物细胞群“组织化”的必然结果, 并提出寒武纪动物大爆发组织“拼图”新假说(Lego Blocks Hypothesis)。寒武纪动物大爆发的突发性和爆发性是在现代板块构造体制建立和异养型消费者生态位空缺的背景下, 在全球圈层联动、全球海洋微生物和化学循环的促使下, 部分真核细胞发生“分化和特化”形成原始组织后, 快速“拼图组装”的必然结果。期间, 地球海洋生态空间(生态位)多样性剧增、动物消费者生态位空缺及其导致的古地理和生殖隔离, 成为寒武纪早期动物门类爆发的生态动力和生物发育内在需求。罗迪尼亚超大陆裂解和冈瓦纳大陆形成过程中, 全板块深俯冲为标志的现代板块构造体制的建立, 导致全球圈层联动和全球海洋微生物化学循环, 进一步加速了动物门类的生态扩张。显生宙盘古大陆演化和原、古、新特提斯洋发育过程中全球海洋生态空间多样性阈值的稳定甚至减少, 可能成为寒武纪大爆发后地球海洋再无新的动物门类出现的环境条件和地质背景制约。     

生命的历程系列讲座(三) “寒武纪生命大爆发”再揭秘

<正>距今约5.3亿年前,一场地球生物进化史上最为壮观的"寒武纪生命大爆发""骤然"上演,几乎所有门类现生动物的祖先分子在很短的时间里涌现了出来,其复杂而多样的生命形态与之前漫长演化过程中出现的原始生命体截然不同。达尔文的困惑——谜题的产生其实,早在一百五十多年前,这一奇特而重大的生物进化事件就引起了达尔文的高度关注。那时,科学界还没有发现寒武纪之前的化石,     

生命的历程系列讲座（十二） 奥陶纪无脊椎动物的大发展

正奥陶纪距今4.85-4.43亿年,是古生代第二个时代。奥陶纪海洋无脊椎动物获得了极大发展,是海洋生物最主要的类群。在世界范围内的生物辐射事件再次发生,即所谓的"奥陶纪生物大辐射"。在演化层次和分类等级上,这次大辐射虽逊于"寒武纪大爆发",但其辐射规模远大于后者,是寒武纪的3倍。寒武纪生命大爆发主要体现在门纲级别的生物大辐射,而奥陶纪大辐射则在目、科、属级别的生物类群获得极大丰富     

后生动物起源时间的分子钟研究

后生动物是起源于“寒武纪大爆发”还是经历了一个相对较长的前寒武时期一直是动物进化史上的不同解之谜。综述近年来出现的很多利分子数据推测后生动物起源时间的分子钟研究,并就研究中存在的无脊椎动物与脊劝物之的进化速率的校正、进化速率恒定基因的判断等问题进行讨论。     

中国发现最古老多细胞动物化石

中国科学院南京地质古生物所今天召开新闻发布会,宣布我国科学家在早期生命研究中取得重大进展。中国科学院南京地质古生物研究所研究员、南京大学教授陈均远和同事将在6月4日出版的美国《科学》杂志上报告说,他们在中国贵州省瓮安县5.8亿年前的地层中发现了迄今为止最古老的多细胞动物化石,这些化石结构复杂,具有两侧对称结构。新化石只有0.2mm,他们将之命名为“小春虫”。《科学》杂志说,这些令人惊奇的微小动物出现的时间,比生命大爆发时的寒武纪要早5000多万年,它们复杂的结构显示:动物多样性分化所需要的基因工具包早在寒武纪之前就已…     

加强保护研究,促进科学发展——化石保护研究探讨

<正>中国辽阔的国土上广泛发育有从几十亿年前的太古宙到近代第四纪的地层,其地层剖面之连续完整,所含化石之丰富,堪称世界之最。已成为当代国际古生物研究的热点地区,成为世界古生物学家的"圣地"。中国古生物学家从古老的寒武纪地层中发现了地球上第一条鱼,揭开了寒武纪生命大爆发的面纱。发现了世界上最早的身披羽毛的恐龙,提供了鸟类起源于恐龙的最好化石证据。他们相继发现了世界上最古老的龟、最早的哺乳动物、最早的花朵、最早的树根等,并不断     

【专辑序言】动物起源和寒武纪大爆发——序 言

动物起源和寒武纪大爆发是生命史上重要的演化创新事件。为展示相关领域的最新进展, 特组织主题为“动物起源和寒武纪大爆发”的论文专辑。作为专辑序言, 本文概述了动物起源和寒武纪大爆发领域的科学意义和当前研究趋势, 并简要介绍了本专辑的内容。专辑包含了来自13个研究单位共42位作者的12篇论文, 包括特约综述论文1篇和研究论文11篇。专辑不仅评述了相关领域的现状和未来发展趋势, 也展示了我国学者在该领域取得的部分新进展。这些进展涉及华南和华北数个特异埋藏化石库, 比如埃迪卡拉纪石板滩生物群、寒武纪宽川铺生物群和寒武纪凯里生物群等, 并涵盖了海绵动物、刺细胞动物、腕足动物、三叶虫和双瓣壳类节肢动物以及分类位置尚不明确的疑难动物化石等诸多类群。     

寒武纪大爆发的过去、现在与未来

人类探索认识寒武纪大爆发的过程先后经历了神创论、渐变论和爆发式演化思想的影响,形成了越来越接近真理的重要科学认识。寒武纪大爆发本质上是动物门类的大爆发,同时伴随着属种多样性的增长、体型增大、生物矿化以及海洋生态系统的重大变革。寒武纪大爆发是多因素制衡的自然历史过程,任何单因素的内、外因驱动假说都不足以解释寒武纪大爆发的复杂过程。分子遗传基础和宜居环境分别是寒武纪大爆发的内在和外在必要条件,但不是必要充分条件。因此,寒武纪大爆发,与其他所有生命演化事件一样,必须通过生态作用实现。寒武纪大爆发是在氧气和其他资源不太受限、环境多变、生态荒芜的外在条件下,基因发育调控系统预先高配的内在条件下,发生的动物门类大爆发。在埃迪卡拉纪晚期,多细胞的文德生物与动物采取了不同的体型发育策略和演化途径,共享海底两千万年后,文德生物灭绝。此后,动物在寒武纪最初的两千万年间快速分异演化,产生了大量演化结局各不相同的动物门类,生态适应策略同步分化,形成了以动物为主导的海洋生态系统,踏上显生宙的演化征程。目前对寒武纪大爆发的探索和研究存在着偏向性或局限性,主要关注动物门类演化和生存环境氧化还原条件,没有将海洋生态系统作为统一整体开展全面系统的研究工作。未来探索有必要在全球范围内开展广泛全面的研究工作,揭示寒武纪大爆发时期海洋生态系统的时空演变。     

【特约论文】寒武纪大爆发的过去、现在与未来

人类探索认识寒武纪大爆发的过程先后经历了神创论、渐变论和爆发式演化思想的影响, 形成了越来越接近真理的重要科学认识。寒武纪大爆发本质上是动物门类的大爆发, 同时伴随着属种多样性的增长、体型增大、生物矿化以及海洋生态系统的重大变革。寒武纪大爆发是多因素制衡的自然历史过程, 任何单因素的内、外因驱动假说都不足以解释寒武纪大爆发的复杂过程。分子遗传基础和宜居环境分别是寒武纪大爆发的内在和外在必要条件, 但不是必要充分条件。因此, 寒武纪大爆发, 与其他所有生命演化事件一样, 必须通过生态作用实现。寒武纪大爆发是在氧气和其他资源不太受限、环境多变、生态荒芜的外在条件下, 基因发育调控系统预先高配的内在条件下, 发生的动物门类大爆发。在埃迪卡拉纪晚期, 多细胞的文德生物与动物采取了不同的体型发育策略和演化途径, 共享海底两千万年后, 文德生物灭绝。此后, 动物在寒武纪最初的两千万年间快速分异演化, 产生了大量演化结局各不相同的动物门类, 生态适应策略同步分化, 形成了以动物为主导的海洋生态系统, 踏上显生宙的演化征程。目前对寒武纪大爆发的探索和研究存在着偏向性或局限性, 主要关注动物门类演化和生存环境氧化还原条件, 没有将海洋生态系统作为统一整体开展全面系统的研究工作。未来探索有必要在全球范围内开展广泛全面的研究工作, 揭示寒武纪大爆发时期海洋生态系统的时空演变。     

攻掠与防御的演化——奇虾与莱德利基虫的故事

在地质年代表中 ,寒武纪是地球生命演化史上的重要分水岭 ,它界于隐生宙与显生宙之间。所谓“显生宙” ,从字面上可以看到 ,是现代生物显现演化的跨度空间。事实上 ,绝大部分的多细胞动物“门”类 ,最早就形成于寒武纪初期。就是从寒武纪初期的几百万年起 ,纷繁驳色、丰富多彩的生物喧闹充满了全球各地的海洋 ,如同旭日东升 ,隐生宙的旷古沉寂在生命喷薄而起的昂扬凯歌声中散尽了。古生物学家将此称为“寒武纪大爆发” ,确实 ,与４６亿年漫长的地球生命历史比较 ,几百万年只是短暂的瞬间 ,仅相当于１天２４小时中的１秒钟而已。对“寒武纪大…     

也话蜗牛

《化石》1987年4期载郑文彬《侨乡华灯话蜗牛》一文,介绍了一些蜗牛的食用及药用经济价值。但不少重要方面尚未叙及,现作补充,以告读者。蜗牛是普通的统称,古书上称之为“仆累”、“附蠃”、“螺蠃”、“蠡蠃”、“蠡牛”、“负背蚰蜒”、“天螺”,按其形态和生活习性区别为“蚰蜒螺”和“蚰蜒”,也就是蜗牛和蛞蝓。蜗牛是古老的动物,不少种类还是活化石,其所属的软体动物门是无脊椎动物的一个大门类,世界上现生种约有115000种,其中化石种类约有35000余种。据推测,这类最早起源于距今5亿多年前的寒武纪,而许多软体动物类群在寒武纪末已大量出现。随着时间的推移,许多陆生贝类被完整地保存在各个时期地层中;第四纪地层中的陆生贝类与现生种几乎相同。据研究,我国黄土层中蜗牛化石,可区分出若干反映不同生物气候环境的蜗牛组合,按现生蜗牛的地理分布、栖     

隐生宙与显生宙之交的未解之谜

隐生宙与显生宙之交的未解之谜王大锐在地质年代中,最大的分界线莫过于“隐生宙”和“显生宙”了,前者是指寒武纪（距今约５７０百万年以前）之前的那段漫长时期。这一时期的早期,生命尚未诞生,后期有菌类和低等藻类出现,代表着大量无脊椎动物出现之前的阶段;后者则...     

生命的历程系列讲座(八) 寒武纪生命大爆发概念形成与影响

<正>2017年有一则新闻颇受关注,就是"寒武纪芯片",一款由中国科学院科研人员设计制作的芯片一举达到了国际一流水平。中国从此有了自己的高端芯片,摆脱了长期以来受国际芯片打压的困境,将迎来人工智大爆发的时代。那么,为什么要将芯片冠以"寒武纪",寒武纪究竟何以提上这样的高度,被跨领域的同行捧为至高无上的标志。原来,发生在距今5.2亿年前的寒武纪生命大爆发是地球生命史上里程碑式的演化事件,其规模和强度前所未有,与之前生命世界形成截然不     

从原核到真核的早期生命演化

<正>地球生命自诞生到寒武纪生命大爆发,经历了大约三十多亿年的漫长演化,这段历史曾被称为隐生宙,寓意没有生命显现的时代。后来随着化石的不断发现,这段时期又被统称为前寒武纪,包括了冥古宙(生命出现之前)、太古宙(原核生命时代)和元古宙(真核生命时代)。从冥古宙、太古宙,到元古宙,地球生命经历了生命诞生,从原核生命到真核生命,从单细胞生命到多细胞生命,从藻类到原生动物再到多细胞动物的漫长演化过程。     

陕南早寒武世早期Quadrapyrgites再研究

处于"寒武纪生命大爆发"序幕阶段的梅树村期,生物类群大规模辐射,身体构型快速革新,与前寒武纪生物群面貌明显不同.最近在陕南宁强宽川铺地区梅树村期地层中发现了大量五辐射Punctatus及部分四辐射四方塔形壳属Quadrapyrgites,其中包括1个新种Quadrnpyrgites undulatuscostalis sp.nov..在此基础上对Quadrapyrgites进行了属征补充.双胚层腔肠动物的出现标志着地球生命史的真后生动物演化开端,在生物起源演化历程上占据着关键的位置.本文为研究真后生动物起源演化、生物辐射、体型构建提供了重要实证.     

早寒武世带网状鳞片的蠕形海生动物

前言寒武纪早期动物爆发性演化事件是地质历史中的一个重大不解之谜,达尔文对此曾给予极大的注意但深感费解(Mayr,1982;Conway Morris,1987)。近三十余年来,世界各地前寒武纪晚期地层内陆续发现了许多软躯干后生动物化石。这些化石资料表明后生动物在寒武纪之前早已出现了(Chen,1988;Glaessner,1984)。由于早期动物由软躯干所组成,极难成为化石。到了寒武纪时,地层中化石     

寒武纪早期四方塔型壳属的胚胎发育及其系统学意义

寒武纪大爆发是生命演化史上重要的创新事件。我国澄江动物群(距今约5.18亿年)代表了寒武纪大爆发的高潮,而产自寒武系最底部,时代上早于澄江动物群的宽川铺生物群(距今约5.35亿年)则为研究寒武纪大爆发的第一幕提供了重要的埋藏窗口。宽川铺生物群产自陕南宁强、西乡等地寒武系底部宽川铺组钙质磷块岩和磷质碎屑灰岩中,以保存了大量动物胚胎和软躯体微型动物而闻名。其中四方塔型壳(Quadrapyrgites)是宽川铺生物群中常见的软躯体动物化石,因与同层位的橄榄蛋(Olivooides)在发育过程和形态上具有相似性而被认为是后者的姐妹群。但它们在动物树上的位置仍然存在争议。为检验前人提出的各种亲缘关系假说,本文综合使用电子扫描显微镜成像和超高分辨率X射线显微断层成像技术,重建了四方塔型壳胚胎标本的三维结构,首次揭示了其内陷式原肠作用类型。新的数据支持了四方塔型壳属于刺细胞动物而非环神经动物的观点。     

动物起源和寒武纪大爆发——序言

动物起源和寒武纪大爆发是生命史上重要的演化创新事件。为展示相关领域的最新进展,特组织主题为"动物起源和寒武纪大爆发"的论文专辑。作为专辑序言,本文概述了动物起源和寒武纪大爆发领域的科学意义和当前研究趋势,并简要介绍了本专辑的内容。专辑包含了来自13个研究单位共42位作者的12篇论文,包括特约综述论文1篇和研究论文11篇。专辑不仅评述了相关领域的现状和未来发展趋势,也展示了我国学者在该领域取得的部分新进展。这些进展涉及华南和华北数个特异埋藏化石库,比如埃迪卡拉纪石板滩生物群、寒武纪宽川铺生物群和寒武纪凯里生物群等,并涵盖了海绵动物、刺细胞动物、腕足动物、三叶虫和双瓣壳类节肢动物以及分类位置尚不明确的疑难动物化石等诸多类群。     

问:高中生物课本地质年代表中的代和纪是什么意思?为什么表中只有第三、四纪,而没有第一、二纪?各纪的名称是怎样得来的?

答:“代”是地质年代划分的二级时间单位.一级时间单位是“宙”.隐生宙表示生命的早期阶段和保留在地层中的化石极稀少的一个地层时期,包括太古代和元古代.显生宙表示地层中开始出现大量动物化石的寒武纪及其以后的各阶段,包括古生代、中生代和新生代. “纪”是次于“代”一级的地质年代的时间单位.在地质学上,最早曾有人把地层自老而新划分为四部分:古生代为第一纪、中生代为第二纪、新生代为第三纪和第四纪.后来由于第一纪和第二纪的地层很厚,化石种类繁多,又把古生代分为六个纪,把中生代分为三个纪.因此,现在的地质年代表中没有第一纪和第二纪. 因为近代科学首先在欧洲兴起,所以地质时代的名称,最早是欧洲人根据他们的发现而命名的,后来成为全世界统一的名称. 震旦纪:“震旦”原是古代印度人对我国的称呼.震且纪这个名称,是研究了我国河北省燕山地区的元     

对三峡地区发现的古老足迹化石的评述

我国三峡地区发现的已知最古老足迹化石,使远古动物开启步行时代前推到了5.51亿年前,为两侧对称动物在晚前寒武纪末就已出现提供了依据,也为寒武纪生命大爆发可能开启于寒武纪前提供了有意义的信息。这一发现进一步提高了足迹化石在研究古老动物行为和了解重大生物事件所具有的价值。