寒武纪简史！

距今约5.41亿年前，

地球在度过了超过40亿年的

漫长前寒武纪后，

开始拥抱一个崭新的世界

——寒武纪。

（图源@ John Sibbick/Natural History Museum）

在这个时代的

几千万年的时间里，

地球上突然涌现出各种生物，

它们不约而同的

迅速起源、立即出现。

这便是国际学术界

“十大科学难题”之一

——“寒武纪生命大爆发”事件！

寒武纪化石（图源@Jean-Bernard Caron/Nature Communications）

一个生命爆发的神秘时代，

一个变化多端的壮观时代，

寒武纪究竟隐藏了什么秘密，

让我们一起去寻找真相！

（图源@The Economist）

1835年，Adam Sedgwick

依据英国威尔士北部地层

建立了名为'寒武系'的

年代地层单位。

同年同地区，其友人

Roderick Murchison

命名了“志留系”。

Adam Sedgwick（左）与Roderick Murchison（右）（图源@wikipedia.org）

实际上，当时命名的

'寒武系'与“志留系”

存在部分地层重叠现象。

而这个问题直到1879年

Charles Lapworth在该地区

建立奥陶系之后才得到解决。

威尔士的位置（深绿色） – 英国（绿色）（图源@wikipedia.org）

初期的寒武系（纪）

缺乏统一的

国际地层划分和时间标准。

直到1960年

国际地质科学联合会

(IUGS)成立，

组建国际地层委员会，

完善国际地质年代表的工作

才逐渐推动。

国际地质科学联合会（图源@iugs.org）

为了更快推动

寒武纪年代划分,

1972年，国际地层委员会

成立了前寒武纪-

寒武纪界线国际工作组。

其进行的寒武系底界

厘定工作直到1992年才结束。

加拿大纽芬兰岛（图源@NASA）

厘定结果是，

加拿大纽芬兰岛幸运角

(Fortune Head)剖面

成为界线层型剖面，

以遗迹化石

Treptichnus pedum在

该剖面上的首次出现点位

作为厘定寒武系底界的标志。

标志寒武纪底界的Treptichnus pedum遗迹化石（图源@Martin Smith）

早在在20世纪60年代，

科学家们就已经开始了

对寒武纪的内部划分。

如1982年由Harland等

编制的地质年代表（GTS）

首次命名了寒武纪的三个世,

并将其划分为7个期。

国际寒武纪年代地层和时间框架历史沿革（图源@文献[3]）

而到了2000年，

寒武系内部年代地层划分研究

开始出现了统和阶一级

年代地层单位底界厘定的

一系列相对标准。

（图源@IUGS）

2004年，

中国地层古生物学家彭善池

以华南寒武系

新年代地层框架为基础，

在韩国举行的

国际寒武系再划分上会议上

提出了全球寒武系

4统10阶的划分方案。

彭善池（图源@lsgf.ac.cn）

这一创举推翻了

在国际上沿用了170年的

原有3分方案，

在2004年底由

寒武系分会表决通过，

成为新的国际标准。

中国寒武纪年代地层和时间框架历史沿革（图源@文献[3]）

目前国际标准里的寒武纪

包括4世10期，世分别为

纽芬兰世（5.41-5.21亿年）、

第二世（5.21-5.09亿年）、

苗岭世（5.09-4.97亿年）、

芙蓉世（4.97-4.854亿年）。

其中纽芬兰世形成的

地层为纽芬兰统，

是寒武系最底层最古老的地层。

由约5.41亿年前的遗迹化石

首次出现数据来确定。

科学家们在加拿大纽芬兰的Fortune Head考察寒武系底层界线的全球边界层型剖面和点(GSSP)（图源@Liam Herringshaw）

而2018年6月份，

国际地质科学联合会

以全票通过表决，

批准将寒武系

第三统第五阶的“金钉子”

“钉”在中国贵州省剑河县八郎村

附近的乌溜—曾家崖剖面。

中国贵州省剑河县乌溜—曾家崖剖面位置示意图（图源@文献[4]）

“金钉子”是

全球年代地层单位

界线层型剖面和

点位（GSSP）的俗称。

该决定结束了国际地层委员会对

苗岭统乌溜阶“金钉子”

长达20余年的研究和选择。

乌溜—曾家崖剖面部分化石（图源@文献[4]）

到目前为止，

国际上寒武系鼓山阶、

古丈阶、江山阶和

芙蓉统等的“金钉子”均已确立，

但仍有如第二阶、第三阶和

第四阶等标准未确定，

有待进一步研究。

自1835年被命名以来，

寒武纪在之后的百余年中

主要以“三叶虫的时代”

为世人所关注。

三叶虫（图源@wikipedia.org）

而近半个世纪以来，

随着科学家们对寒武纪的

研究不断深入，

一切都开始发生改变。

寒武纪地球演变历史

越来越多的被揭示！

随着加拿大落基山脉

布尔吉斯生物群和

中国澄江生物群等一系列

寒武纪特异埋藏化石群的发现，

寒武纪不再被简单地称为

“三叶虫的时代”。

（图源@Mesa Shumacher/Santa Fe Institute）

大量熟知和

疑难生物化石的发掘

使生物的“寒武纪大爆发”

(Cambrian explosion)

成为寒武纪

最引人注目的标志。

地球生物演化简图（图源@Britannica）

1984年7月，

从中国科学院南京古生物所

硕士毕业的侯先光

在云南省澄江县帽天山

“筇竹寺组”地层中

首次发现了澄江生物群。

侯先光(左一)在澄江生物群化石采集地（图源@文献[2]）

澄江生物群被誉为

'20世纪最惊人的发现之一”，

生动地再现了5.3亿年前

海洋生命壮丽景观和

现生动物的原始特征。

保存澄江古生物化石的寒武纪时期地层（图源@文献[2]）

澄江生物群目前已描述了

上百种古生物化石，

包括多孔动物、刺细胞动物、

栉水母动物、节肢动物

腕足动物、棘皮动物和

脊索动物等。

始莱得利基虫化石（澄江三叶虫的代表）（图源@文献[2]）

其中经典化石包括

始莱得利基虫、娜罗虫和

赫德虾类奇虾等。

还有一些藻类化石、

痕迹化石和粪便化石，

其姿态干奇百怪，大小不一。

侯先光发现的第一只娜罗虫化石（图源@文献[2]）

在化石保存完整性方面，

除了硬体部分，

澄江生物群化石还保存了

部分精美的动物软体组织，

如眼睛、表皮、消化道等，

为研究寒武纪生物大爆发

提供了重要的实物依据。

软骨海绵（澄江生物群化石）（图源@文献[2]）

1909年8月，

美国古生物学家C.Walcott

在加拿大布尔吉斯山

附近的山坡上发现了

中寒武世三叶虫和类似蠕虫的

动物软体压印化石。

马尔三叶形虫化石（图源@wikipedia.org）

后经过大规模发掘，

大量奇特的古生物化石

浮现在世人眼前，

其中包括著名的

马尔三叶形虫、

奇虾和纳罗虫等。

奇虾化石（图源@Keith Schengili-Roberts/wikipedia.org）

科学家将这些生存于

距今约5.05亿年前的

中寒武世化石群命名为

“布尔吉斯生物群' ，

而几乎所有的现生生物类群

在这里都可以找到祖先。

布尔吉斯页岩（伯吉斯页岩）区域卫星影像（图源@NASA）

布尔吉斯生物群化石种类众多，

节肢动物是优势种群，

另外还有海绵、蠕虫、

腕足、棘皮、甚至脊索动物等

的软体都有保存。

布尔吉斯生物群节肢动物化石（位于Burgess Shale）（图源@文献[5]）

布尔吉斯生物群并不是

只分布于加拿大地区，

自20世纪80年代以来，

在全球范围内总共发现了

超过30个布尔吉斯型生物产地。

布尔吉斯生物群化石（图源@Derek E.G. Briggs/The Cambrian explosion/sciencedirect.com）

1982年11月，

中国古生物学者赵元龙

在贵州省凯里市

剑河县革东镇八郎村

发现了距今约5.2亿年前的

海洋生物群落

——凯里生物群。

剑河县八郎村（图源@ 文献[6]）

凯里生物群化石非常丰富，

节肢动物、腕足动物和

棘皮动物等均为

该生物群重要组成部分。

其中保存完整的三叶虫化石和

棘皮动物是

凯里生物群的特色。

（图源@ 文献[6]）

凯里生物群分布地质年代

处于澄江生物群和

布尔吉斯生物群之间，

三者构成

世界三大页岩型生物群，

为生命起源与演化、

寒武纪生物大爆发等的研究

提供了重要依据。

凯里生物群各门类化石动物属组成（图源@ 文献[6]）

自大量寒武纪生物群

被发现以来，

人们开始好奇，

“寒武纪大爆炸”的成因

究竟是什么？

于是，科学家们开始从

多个角度进行研究。

叠层石(中寒武纪)（图源@Wilson44691）

寒武纪大爆发约开始于

新元古代末期。

当时全球形成了

多个巨型古陆地，

海水富含营养质。

埃迪卡拉纪化石（新元古代末期）（图源@wikipedia.org）

进入纽芬兰世后，

多数古陆被海水淹没，

全球形成了

分布广泛的浅海环境。

氧气光照充足，

营养物质丰富的海洋，

为寒武纪生命大爆发

提供了充足的条件。

（图源@The Economist）

同时，海洋中不同深度的

不同适宜环境，

给无脊椎动物的生存、繁衍

提供了更广泛的空间，

促进了其多样化的发展。

生态系统复杂化是

产生物种多样性的基础，

如捕食型生物的出现

在进化中的作用。

关于此，美国生态学家

Steven M. Stanley

提出了“收割理论”

Steven M. Stanley（图源@MarquisListeeVideos）

即捕食者生物的出现，

避免了一种或少数几种生物

在生态系统中

占绝对优势的局面，

为其他物种的形成腾出空间。

（图源@The Economist）

也就是说，在前寒武纪

几十亿年的时间里，

海洋生态系统的

初级生产者主要为原核蓝藻。

该生物在生态学上

属于单一不变的群落，

营养级也十分简单。

蓝藻（图源@NASA）

由于地球上的生存空间被种类少

但数量庞大的生物群落

顽强地占据着，

导致生物进化速度非常缓慢。

而捕食者型生物出现，

改变了原有的生态系统结构，

为其他生物创造了生存空间，

增强了生态系统的生物多样性。

奇虾（图源@wikipedia.org）

此时的营养级金字塔

开始向两个方向迅速发展：

低层次的生产者

增加了更多新物种，

丰富了物种多样性；

部分寒武纪动物物种的大小比较（图源@Matt Martyniuk (Dinoguy2) /wikipedia.org）

而顶端又增加了新的“捕食者' ，

丰富了营养级的多样性，

从而逐渐丰富了

整个生态系统的生物群落，

最终可能促进了

寒武纪生命大爆发的产生。

捕食者型生物（图源@ni075/wikipedia.org）

地球环境的宜居性，

生态系统的复杂化等，

这些都可能是促使

寒武纪生命大爆发产生的原因，

但更多的真相还有待我们

在未来进一步探索！

参考资料：

[1] Zhang X L . Cambrian Explosion: past, present and future/寒武纪大爆发的过去,现在与未来. 2021.

[2] 刘永珏. 澄江古生物群[M]. 云南教育出版社, 2000.

[3] 朱茂炎[1,2,3,4], 杨爱华[4], 袁金良[1],等. 中国寒武纪综合地层和时间框架[J]. 中国科学:地球科学, 2019, 000(001):P.26-65.

[4] 尹磊明, 赵元龙, 杨瑞东,等. 中国贵州东部乌溜-曾家崖剖面早—中寒武世凯里组疑源类[J]. 古生物学报, 2010(02):164-173.

[5] Early fossil record of Euarthropoda and the Cambrian Explosion Allison C. Daleya,b,c,1, Jonathan B. Antcliffea,b,c, Harriet B. Dragea,b,c, and Stephen Patesa,b

[6] 赵元龙. 凯里生物群 5.08亿年前的海洋生物[M]. 贵州科技出版社, 2011.

YouTube、NASA、GEOLOGY、维基百科、搜狐、百度百科等

本站仅提供存储服务，所有内容均由用户发布，如发现有害或侵权内容，请点击举报。