为什么会发生物种大爆发？

地球演化史上最重大的事件，万物之宗的开始！

1948年，美国著名的生物地质学家普雷斯顿·克劳德（Preston Cloud）在一篇论文中首次使用了 “爆发辐射”（eruptive radiation）这个词【1】，这个词的使用则是基于对寒武纪化石记录的系统性研究以及解释寒武纪时期各种动物的突然出现。

克劳德解释说;为了不误导公众，他当时并没有使用“explosive”这个词，因为他也认为这种“爆发辐射”并非在极短时间内出现的，很可能经历了数百万年的时间。在这段时间内，原始种群分化为几个不同的谱系，进而引发爆发式的演化，这边是今天我们所说的“大爆发理论”。

尽管克劳德提出了这个新颖的观点，但是当上世纪70年代古生物学家对诸如布尔吉斯页岩的古生物化石进行广泛的研究之后才最终被广泛接受。

为什么偏偏是在寒武纪出现了生命大爆发，这一直以来都是科学家想要解开的媒体，而这个问题也被列入十大科学难题之中。

在江苏科学技术出版社出版的《远古的悸动：生命起源与进化》一书中，将寒武纪生命大爆发的原因归纳为以下可能的四点：

• 第一， 前寒武纪化石材料表明，真核藻类至少在9亿年前就出现了有性生殖。有性生殖的发生在整个生物界的演化过程中有着极其重要的作用。有性生殖提供了遗传变异性，从而有可能进一步增加生物的多样性。
• 第二， 寒武纪之初，地球大气的氧水平达到一定的临界点，不仅使后生动物得到了用于呼吸作用所需要的氧，而且以臭氧的形势在大气中吸收大量有害的紫外线，使得后生动物免于有害辐射的损害。
• 第三， 寒武纪大爆发的关键是植食“收割者”的出现和演化，即食用原核细胞（蓝藻）的原始动物的出现和演化。“收割者”为生产者有更丰富的多样性制造了空间，而这种生产者多样性的增加导致了更特异“收割者”的进化。营养级金字塔按两个方向迅速发展：较低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。目前，尽管科学家们还没有找到直接证据来证明“收割理论”的正确性，然而。一些间接的证据支持了这一理论。例如，前寒武纪由藻类组成的层叠石保存了前寒武纪最丰富的生产者群落。今天，层叠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。
• 第四， 几乎所有动物的门在这较短时间内演化出来，可能与Hox基因的调控有直接的关系。Hox基因是一种“同源异形”基因，是动物形态蓝图的设计者，在发育过程中控制身体各部分形成的位置。如果“同源异形”基因发生突变，会使动物某一部分的器官变成其他部位的器官，叫做“同源异形”。比如，让某个“同源异形”基因发生突变，使得果蝇的身体到处长眼睛，在该长眼睛的地方长出翅膀，或者在该长触角的地方长出了脚。Hox基因在所有的脊椎动物和绝大部分无脊椎动物中都存在，调控的机理也相似。这表明它可能是最古老的基因之一，在最早的动物祖先中就已存在。Hox基因的突变，开始在胚胎早期引起的变化不大，但随着组织、器官的分化定型，突变的影响逐步被放大，导致身体结构发生重大的改变。这可以解释寒武纪物种大爆发。那时候基因结构和发育过程都简单，Hox基因的突变容易被保留，结果导致身体结构的多姿多彩。

对于寒武纪生命大爆发的研究从来就没有停止过，希望在未来能够找到其中的真正答案。

1. Cloud, Jr., Preston E. (1948). "Some problems and patterns of evolution exemplified by fossil invertebrates". Evolution. 2 (4): 322–350. doi:10.2307/2405523. JSTOR 2405523. PMID 18122310.

2。Koonin, Eugene V (2007-08-20). "The Biological Big Bang model for the major transitions in evolution". Biology Direct. 2: 21. doi:10.1186/1745-6150-2-21. ISSN 1745-6150. PMC 1973067. PMID 17708768.

3."Stratigraphic Chart 2022" (PDF). International Stratigraphic Commission. February 2022. Retrieved 22 April2022.