寒武紀生命大爆發的原因探討
寒武紀大爆發吸引了無數古生物學家和進化論者尋找證據探究其成因。100年以來的證據產生了解釋寒武紀大爆發的兩種基本觀點。壹種觀點認為寒武紀大爆發是壹種錯覺，這種觀點被壹些達爾文主義者或新達爾文主義者所持有。因為進化是漸進的，所以所謂的“爆發”只是表示在生物化石記錄中首次發現早在前寒武紀就已經廣泛存在和發展的生物，而其他生化石群可能是由於地質記錄不完整而“缺檔”。這種“失蹤檔”的原因是前寒武紀地層經歷了高溫高壓，其中的化石被破壞了。由於在前寒武紀化石沈積物中發現了大量細菌、藍藻等簡單的原核生物，這種解釋不再具有說服力。另壹種觀點認為寒武紀大爆發代表了生物進化過程中的真實事件，科學家從物理環境和生態環境的變化來解釋這壹現象。
1965年，兩位美國物理學家提出寒武紀大爆發是由地球大氣中氧氣水平這壹物理因素引起的。他們認為早期地球的大氣中很少或沒有遊離氧，氧是前寒武紀藻類光合作用的產物，並逐漸積累。後生動物需要大量的氧氣，壹方面用於呼吸，另壹方面氧氣也以臭氧的形式吸收大氣中大量的有害紫外線，使後生動物免受有害輻射的傷害。
生物學家從生物本身的生態關系來討論這個問題，因為地質證據否定了氧理論的這種觀點。1億年至20億年前的廣泛沈積物中存在大量被嚴重氧化的巖石，說明這壹時期存在足夠的生命爆發的氧氣條件。因此，生物學家從有性生殖的出現和生物收割機的出現這兩個重要事件的出現來探究寒武紀大爆發的原因。
根據化石資料，真核藻類在大約9億年前就有了有性生殖。事實上，有性生殖出現得更早。有性生殖的發生在整個生物界的進化中起著極其重要的作用。因為有性生殖提供了遺傳變異，可能會進壹步增加生物的生物多樣性，這也是寒武紀大爆發的原因之壹。
生物收割者假說是美國生態學家斯坦利提出的，是解釋寒武紀大爆發的生態學理論，即收割原理。斯坦利認為，在前寒武紀25億年的大部分時間裏，海洋是壹個由簡單的初級生產者如原核藍藻組成的生態系統。該系統中的群落在生態學上屬於單壹不變的群落，營養級也是簡單唯壹的。因為物理空間被這種數量不多但數量巨大的生物群落頑強地占據著，所以這個群落的進化非常緩慢，從來沒有豐富的多樣性。寒武紀大爆發的關鍵是食草類收割機的出現和進化，也就是吃原核細胞的原生動物(藍藻)的出現和進化。收割機為生產者創造了更大的多樣性空間，生產者多樣性的增加導致了更特定收割機的進化。營養級的金字塔向兩個方向快速發展:處於較低層次的生產者增加了許多新物種，豐富了物種多樣性，而在頂端，又增加了新的“收割者”，豐富了營養級的多樣性。從而使整個生態系統的生物多樣性不斷豐富，最終導致寒武紀生命大爆發。
目前，科學家還沒有找到證明“收獲理論”正確性的直接證據，然而，壹些間接證據支持這壹理論。間接證據之壹來自前寒武紀疊層石，由藻類組成，保存了前寒武紀最豐富的生產者群落。今天，疊層石只在缺乏後生動物收割機的惡劣環境中大量存在，例如含鹽量過高的鹽湖。前寒武紀地層中豐富的藻類可能反映了當時收割者的貧困。此外，生態領域的研究也提供了壹些間接證據。研究表明，將食肉魚放入人工池塘會增加浮遊生物的多樣性。從多樣化的藻類群落中移除海膽將使壹種藻類在群落中占優勢，並降低其多樣性。
作為地質史上的第二大懸案，寒武紀大爆發壹直為人們所關註。隨著化石的不斷發現和新理論的建立，這個地方歷史之謎終將向世人揭開。
自《生物學通報》2000年第7期以來
美國科學家最近發現證據表明，海洋中大量出現的鈣可能在寒武紀大爆發中發揮了巨大作用。大約5.3億年前，地球上的動物經歷了壹次重生，所有活著的動物的祖先都在這個時候進化出了骨骼和外殼。長期以來，科學家們壹直困惑於是什麽促使地球上的生命在寒武紀突然呈現出豐富多彩的多樣性。
動物為什麽會進化出貝殼？最明顯的原因是為了避免被吃掉。另壹種觀點可能有助於解釋為什麽生命的這壹艱難部分首先出現在寒武紀早期:大氣中氧氣的增加允許動物建立更復雜的身體結構。20世紀70年代，科學家提出了壹個新的假說:海洋生物為了消化體內突然出現的鈣，在寒武紀早期的環境中開始進化外殼。然而，缺乏海洋化學變化的直接證據。
巖石中隱藏著寒武紀早期海水的小塊。現在，三名地球化學家測量了這些小包中的鈣含量。美國地質調查局的肖恩·布倫南(Sean Brennan)、紐約州立大學的蒂姆·洛溫斯坦(Tim Lowenstein)和美國橡樹嶺國家實驗室的Juske Horita已經測試了24種可能在5.44億年前的前寒武紀時期形成於海底的鹽晶體，還測試了大約5.65438億年前形成的14個前寒武紀樣本。他們打碎了晶體，分析了其中微小水滴的成分。在6月份的《地質學》雜誌上，他們報告說，寒武紀早期的鈣含量比原始壹代至少高3倍。
研究人員指出，這種鈣應該來自地中海脊火山噴發時噴入熱海水中的鈣。他們強調，高水平的地殼活動、鈣註入和“寒武紀大爆發”似乎支持了這樣壹種觀點，即早期生命進化出貝殼和骨骼是為了解決海水中鈣含量上升帶來的潛在毒性。
美國堪薩斯大學地質學家羅伯特·戈爾茨坦(Robert Goldstein)表示，海水的化學性質影響生命進化的想法令人興奮。他說，雖然需要更多的工作來了解海洋中的鈣是生命進化的原因還是結果，但鈣應該是壹個重要的因素。其他環境因素也很重要。
(來源:科學時報，2004年6月4日)