从雪球事件到寒武纪大爆发

摘要

地球从一个无生命的原始荒芜状态演变到生物繁茂的现代蓝色星球经历了大约46亿年的漫长过程.以动物的出现为标志,地球漫长的历史可以划分为两个截然不同的阶段,即隐生宙和显生宙.首先，在总结华南埃迪卡拉纪-寒武纪地层中24个化石生物群的生存环境、埋藏模式和生物群组成等方面研究的基础上，从时空两方面对这些生物群进行综合分析，认为动物的起源和寒武纪大爆发经历了从浅水逐步向深水迁移，以及阶段性辐射和灭绝的过程。动物可能起源于成冰纪（雪球事件）之前（早于750Ma），在雪球事件结束之后的埃迪卡拉早期经历一个快速隐形微体动物早期演化阶段，代表动物在发育层次上的革命性演化，地球在前寒武纪-寒武纪转换时期生物与环境的这种演变过程是一个协同演化过程，其中大气氧的增加导致了动物出现和快速演化，而动物的出现又加速了大气氧的增加速率。更加重要的是，动物扰动作用的出现是新元古代-寒武纪转折时期生物地球化学循环发生革命性转变的关键因素，标志了现代地球-生命系统的出现。相对于氧气增加与生物协同演化过程对地球-生命系统带来的正反馈作用，动物扰动作用对地球-生命系统则带来一系列的负反馈作用。首先，动物对海底沉积的扰动作用增加了P的埋藏，P供应的减少直接降低了海洋的原始生产率，有机碳埋藏量减少，导致海洋和大气氧含量的降低，从而发生海洋缺氧事件，发生生态系统危机，动物大量灭绝，结果生物扰动作用减弱，从而形成一个明显的负反馈作用。这个负反馈作用与生物扰动作用减弱带来氧气增加的正反馈作用一起，构成了一个完整的生态系统循环，将显生宙的大气氧含量保持在一个较低的水平（20~22％左右），维持显生宙以来地球~生命系统的平衡。这个协同演化的新假说最近得到了数学模型和寒武纪大爆发之后缺氧事件等地质证据的论证。因而，寒武纪动物的大爆发标志了现代地球~生命系统的出现，从而区分寒武纪之前的、以微生物为主导的地球~生命系统。