在5.42億年前,地球的景觀是一片荒蕪的荒野,行星誕生40億年後,陸地上沒有動物生活,最發達的生物是生活在海洋中的簡單動物,海洋中正在發生非同尋常的事情。
在2000萬年的時間裏,在所謂的寒武紀初期,在水面以下出現了新動物的爆炸,這些後來導致了現在地球上,存在大多數動物生命的多樣性。但是生命突然爆發的原因仍然是個謎,寒武紀是顯生宙,即看得見生物的年代的開始,距今約5.42億年前到4.85億年,前一個紀是新元古代埃迪卡拉紀,後一個紀是奧陶紀。
寒武紀的爆發確實是生物學的大爆炸,事情在沒有任何征兆的前提下發生,就像是給我們們抛出的重磅炸彈,至于是什麽引起寒武紀爆炸?我們真的不知道。有著許多不同的可能性和不同的假設,但要想解開其中的謎團,就需要回到爆發前的時期,寒武紀之前的埃迪卡拉時期。
正是在這段時間裏,第一批大型動物進化了,兩個時期動物群最大的一個差別,是在進化的進程中,寒武紀時期的生物産生了硬殼,從而造成了許多新門類,這兩個時期動物群,在生物進化史上的關系尚不明了。
中間的間隔近1億年,這可以給我們認定這次生物爆發提供依據,因爲在寒武紀之前更爲古老的地層中,長期以來找不到硬殼動物化石的現象,突然出現在寒武紀門類衆多的無脊椎動物,就在完全沒有過度中産生,被古生物學家稱作寒武紀生命大爆發。
關于發生了什麽使這些生物出現的理論有很多,有一種理論一種假設,阻礙動物進化的因素之一是氧氣的可利用性,光合劑産生氧氣和有機碳,一旦有機碳被埋在沉積物中,氧氣就會釋放到海洋和大氣中,供動物使用,寒武紀爆炸之前,氧氣含量可能太低,無法使大型活動動物存活下來。
但是一旦這些水平增加,較大的動物便能夠生存和繁殖,然後動物以許多不同的形式爆發並多樣化,缺乏支持這種較高氧水平理論的證據,但可能與稱爲雪球地球的現象有關。
這是一個長期反複的冰河時期,當冰川融化時,大量岩石暴露在外,被侵蝕後將養分倒入水中,從而促進了光合藻類的生長,這將導致氧氣含量上升。但是最後一個巨大的冰河時代,在寒武紀之前,就結束了大約9000萬年,像氧含量這樣的事情,在接近寒武紀爆炸的這段時間內,明顯增加很重要。
但是氧已經積累了很多年,遠遠早于此,若真是這個因素影響,寒武紀生命大爆發應該更早才對,顯然氧氣不是爆發的唯一原因,關于寒武紀爆炸發生的另一種理論是,由于冰河侵蝕後,陸地上的礦物質被帶到海洋,這成爲海洋貝殼的原料,得以進化出更堅硬的組織。
例如外殼和脊椎,但是寒武紀貝殼是由多種材料制成的,這表明它們是不同動物品系平行進化的結果,僅憑礦物質是不足以擁有如此堅硬的殼,外界環境給我們的線索少之又少,我們就需要從寒武紀時期的生物本身,來尋找蛛絲馬迹。我們從生物遺傳學基礎出發,寒武紀的生物完全不同于艾迪卡拉紀,會是生物本生進化的質的飛躍嗎?
那這一進化的契機會是什麽,通過對當時生態環境的觀察,那時是漆黑的一片,應對這樣的環境,最迫切需要的能力就是視力。寒武紀爆炸發生的很大一部分原因,是由于生態變化提供的動力,而進化出的視力,寒武紀時期視覺的出現,導致了生態變化的速度加快。致使在短期內形態發生了重大改變,視覺實際上是觸發寒武紀爆炸所需的唯一事物,原始的眼睛,實際上只不過是我們所說的眼點而已,它們對某種灰色和白色陰影敏感,僅此而已。
但對于大多數動物來說已經足夠了,他們實際上並沒有在自己的眼睛上留下任何圖像,那時危險就是完全靠的眼睛來判斷,成熟的眼睛,是數百萬年進化的産物。
艾迪卡拉紀和寒武紀,是海底的非同尋常的時間間隔,艾迪卡拉紀基本上都是怪異的生物,坦率地說我們不確定它們是動物還是其他東西,這些生物似乎主要是從海水本身吸收營養後存活下來的。他們可能沒有任何直覺,其中一些也許可以移動,這些生物主要是柔和的身體,沒有骨骼,然後隨著寒武紀爆發的開始,它們或多或少地消失了,經過4500萬年的緩慢進化,這些奇怪的生物突然消失了,被寒武紀的生物所取代。
最早的棘皮動物出現在5.4億年前,海星和海膽是它們的後代,腕足動物在大約一千萬年後就出現了,三葉蟲是寒武紀最具標志性的化石,在爆炸的盡頭加入了爆炸,三葉蟲是節肢動物的一種,全身明顯分爲頭、胸、尾三部分,背甲堅硬背甲爲兩條背溝縱向分爲大致相等的三片,因此名爲三葉蟲。
前後在地球上生存了3.2億多年,當時的海洋條件適合它們生存,小型動物給三葉蟲帶來了豐富的食源,那時三葉蟲沒有有力的競爭對手,因此它們橫行霸道迅速發展。整個寒武紀成了三葉蟲的世界,三葉蟲出現後,在整個早古生物時代,都可作爲代表,它們和許多其它生物一起,共同揭開了地球走進生物多樣化的序幕,從此一個欣欣向榮的生物世界才真正出現。
人類是寒武紀爆炸的直接後裔,我們從原始的魚得以進化爲人,從人類的角度來看,寒武紀爆炸的真正意義在于,如果沒有發生,智人就不會在這裏。