寒武紀大爆發
寒武紀是古生代的第一個紀。處於5.44億〜4.85億年前。地球上最早的生命大約是在38億年前出現的。在從38億年前到6億年前這長達32億年的時間裡，生物進化的速率是十分緩慢的。最早的原核生物可能出現在35億年前。最早的真核生物可能出現在20億年前，從那時直至6億年前，地球上的生物幾乎都是單細胞生物。從寒武紀開始，地球上突然出現種類繁多的多細胞動物，人們稱這種現象為「寒武紀大爆發（Cambrian explosion）」，也叫「寒武紀大爆炸」。
寒武紀大爆發的化石證據包括小殼化石、布爾吉斯型特異埋藏的軟軀體生物群以及令世人震驚的我國雲南澄江生物群。
小殼化石並不是一個分類單元的名稱，而是指在寒武紀初大量繁盛的、個體微小、具有硬殼的多門類海洋無脊椎動物化石，包括軟舌螺、似牙形石、軟體動物以及大量分類地位不明確的化石。
布爾吉斯型生物群屬於軟軀體生物化石群，即在特異保存條件下，保存了生物生前未礦化的軟體部分的化石群。現在全世界已經發現的布爾吉斯型生物群共有9處，全部限於早寒武紀和中寒武紀。其中化石材料最豐富的是1909年於加拿大發現的中寒武紀布爾吉斯巖生物群。幾乎所有的動物門類在這一生物化石群中都發現了相應的化石，這一發現曾在全世界引起極大的震撼。
澄江生物群也屬於布爾吉斯型生物群，出自我國雲南省澂江縣撫仙湖東北，其地質年代比加拿大的布爾吉斯巖生物群還要早1 500萬年，屬於早寒武紀。澄江生物群包括藻類、分類位置不明的管棲生物、海綿動物、開腔骨類、腔腸動物（含櫛水母類）、葉足類、環節動物以及脊索動物等。這一發現使寒武紀大爆發再度成為熱門話題。它不僅證實了大爆發式進化事件在5.3億年前確實曾經發生，而且說明在短短數百萬年期間，幾乎所有現存動物門類和許多已經絕滅的生物，都突髮式地出現於寒武紀地層，而在更古老的地層卻沒有其祖先型的生物化石出現。因此，有學者說寒武紀大爆發可看成是動物門類結構藍圖誕生的大事件。
寒武紀大爆發的成因探討
寒武紀大爆發被學術界列為「十大科學難題」之一，它不僅是生物學界研究的重要問題，還是長期受多學科領域關注的基礎前沿課題。化學、地質學等領域的科學家從海水組成成分、大氣成分、大地構造等多方面進行研究，提出了許多可能的解釋。
1.環境激發因素
從新元古代晚期至早寒武紀，地球表面環境發生了劇烈變化，包括大地構造的改變、兩次全球範圍的極端寒冷氣候事件、海水鹽度的變化以及大氣氧水平的變化等。研究發現，海水鹽度的變化、大氣氧水平的變化與寒武紀大爆發有密切的關係。
(1)海水鹽度的變化
海水鹽度演化的理論模型認為，原始海水的鹽度相當於現代海水鹽度的1.5〜2倍(質量分數為50‰〜70‰),絕大多數後生動物對鹽度的忍耐上限是50‰。研究表明，到埃迪卡拉紀(6.35億〜5.41億年前)末期,海水的鹽度才突然降低到現代海水鹽度的水平(質量分數約35‰)，因此有科學家認為埃迪卡拉紀末期海水鹽度的降低事件是導致寒武紀大爆發的重要環境因素。
(2)大氣氧水平的變化
1965年，兩位美國物理學家提出了寒武紀大爆發是地球大氣的氧水平這個物理因素造成的。他們認為，地球早期的大氣中含有很少或根本就不含氧，前寒武紀藻類植物通過光合作用產生氧並逐漸積累，這為後生動物的生存與爆發帶來了可能。但是地質學證據否定了這種觀點，在20億〜10億年前的沉積巖中發現了大量嚴重氧化的巖石,這說明在這一時期內已經存在使生命爆發的氧條件。
2.生態效應
很多學者認為寒武紀大爆發是一種生態現象，是多種生態效應的連鎖反應，包括收成學說、捕食壓力學說、浮遊動物生態效應學說、生態空位學說、生態系統工程效應學說等。以下簡介收成學說和捕食壓力學說，以及對這兩種理論的質疑。
(1)收成學說
收成學說認為，前寒武紀的生態系統缺乏異養植食性的生物，生物多樣性程度受到自我約束；一旦異養營養方式出現,就會激發多樣性自我增殖反饋機制，導致異養原生生物、後生動植物的同時起源和輻射進化。雖然異養營養方式的出現可以引起生物多樣性増加，但收成學說不能從時間和本質屬性上解釋寒武紀大爆發。首先，寒武紀大爆發的本質不只是多樣性增加的 問題。其次，異養原生生物起源很早，為何兩側對稱動物門類要等到早寒武紀才大量出現呢？
(2)捕食壓力學說
捕食壓力學說是最被廣泛接受的寒武紀大爆發的生態原因。捕食與被捕食生態關係的建立使動物感受到生存壓力，在自然選擇的作用下，動物軀體骨骼化、體積增大、運動和逃逸能力增強、偽裝、毒性攻擊與防禦、內棲生活等一系列生態適應進化策略出現了。然而，大型捕食者本身是在寒武紀大爆發時出現的複雜動物，它們位於食物鏈的頂端，理論上應出現於初級消費者之後。如果是捕食者的出現刺激寒武紀大爆發，那麼誰來激發它們的出現和進化呢？
除以上所述之外，對於寒武紀大爆發的解釋還有很多。但大部分學說或假說都只能解釋寒武紀大爆發中的部分問題；有的理論雖然解釋了部分問題但還存在明顯的漏洞；有的理論更像是寒武紀大爆發的伴隨事件，而非誘導因素。或許可以籠統地進行概括：寒武紀大爆發是由環境變化突破關鍵約束而導致的、以後生動物為主導的海洋生態系統的初次建立，通過多種生態效應的連鎖反應得以實現。對這一世紀難題的答案，科學界仍在探索當中。
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