生物大爆炸：我们如何解决达尔文的困境

尽管看起来多细胞生命主导着地球，但对于一个单细胞有机体30多亿年来一直称之为家的星球来说，它是一个相对较新的生物。

现代人长期以来一直对生命是如何从这些简单的有机体进化出来的，以及为什么进化而来感到好奇。

试图揭开现代生命起源神秘面纱的研究围绕着一个地质和进化支点--寒武纪大爆发，即大约5.3亿年前的一次进化爆发。

寒武纪大爆发以其发生的地质时期命名，使世界海洋充满了复杂的硬体动物，栖息着多样化的、蓬勃发展的生态系统。

进化的速度是惊人的，发生的速度是现代进化的五倍。

出现的复杂生命构成了大多数现代动植物“身体计划”的蓝图。

寒武纪大爆炸有一个共同的绰号：生物大爆炸。

它暗示着一段静止的虚无时期，随后是生命的突然爆发。

1859年，当达尔文发表《物种起源》时，没有任何东西可以准确地描述前寒武纪的化石记录。

达尔文进退两难。

这种记录与达尔文的理论格格不入。

达尔文认为，进化是缓慢而渐进的；在寒武纪爆发之前，一定有一个生命丰富的时期。

寒武纪丰富的化石记录与贫瘠的前寒武纪的对比，开始因其颠覆理论的潜力而被称为“达尔文困境”。

达尔文认识到了这个难题，他在他的杰作中经常被引用的一个部分谈到了这个难题：“为什么我们没有发现属于寒武纪系统之前假定的最早时期的丰富的化石沉积物，我无法给出令人满意的答案。目前的情况肯定是无法解释的，而且可能真的会被认为是反对这里所考虑的观点的有效论据。“

不仅化石记录给达尔文带来了麻烦，寒武纪大爆发后的快速进化也是如此。

如果他是对的，生命怎么可能在一眨眼的时间里从简单的单细胞有机体进化成复杂的动植物？

在1859年《物种起源》出版后的几十年里，达尔文的困境是生物学最伟大、最诱人的谜团之一。

今天，这一困境被认为已经解决，证据来自跨学科科学家的集中努力，他们在寻找生物学的圣杯时经常碰头。

然而，尽管新的证据回答了一些问题，但它也促使科学家提出了新的问题。

在研究地球的过去时，经常会出现这种情况。

填补前寒武纪化石记录。

毫无疑问，达尔文关于进化论和自然选择的观点是正确的。

关于为什么在1859年，前寒武纪看起来没有生命--我们只是还没有发现化石--他也是正确的。

在揭开生命的起源和进化的过程中，我们依靠化石来窥探过去。

然而，并不是所有的东西都很容易变成化石。

被认为是寒武纪硬体动物之前的软壳、以软骨为基础的生命形式往往很容易解体。

研究人员并没有因此而却步。

自《起源》出版以来，一项坚持不懈的国际努力一直在寻找前寒武纪生命的化石证据。

古生物学家詹姆斯·威廉·肖普夫在他2000年的开创性论文《达尔文困境的解决方案：丢失的前寒武纪生命记录的发现》中提供了这一狩猎的历史。

在这里，肖普夫描述了所谓最早的前寒武纪化石是如何被证明是蛇纹石石灰岩的，这些石灰岩似乎只包含化石。

因此，根据肖普夫的说法，19世纪末的这些不正确的发现“毒化了这口井”，“实物课程从教授到学生，代代相传，成为公认的学术知识的一部分。”

直到20世纪60年代，前寒武纪古生物学家才从不吉利的开端中解脱出来。

在澳大利亚发现的丝状微体化石和已有近35亿年历史的石化细胞微生物(已知的最古老的化石，超过地球年龄的四分之三)表明，前寒武纪时期比任何人敢想的都要丰富得多，也更容易发现。

寒武纪大爆发后的快速进化。

尽管肖普夫和其他古生物学家的工作继续填补了前寒武纪化石的记录，但关于寒武纪爆发的速度仍然存在疑问。

是什么促使生命进化得如此之快？

几十年来，这个问题一直吸引着许多学科的科学家。

跨学科合作已经从不同的角度产生了丰富的证据--地球化学、古环境、地质学、解剖学和分类学--描述了生物有机体是如何随着环境条件的变化而进化的。

这些积累的证据证实了一个长期持有的信念：大型地质事件改变了生态和环境条件，并为快速进化奠定了基础。

例如，大多数科学家都认为氧气的可获得性与寒武纪的爆炸有关。

也许，寒武纪可用氧的快速增加为快速进化奠定了基础。

我们知道，氧气的可获得性与一种称为大不整合的地质过程有关--这是一种广泛的大陆侵蚀和退化的长期时期，导致化石和沉积的中断。

2021年，新的研究表明，大不整合是古代超大陆罗迪尼亚形成和解体造成的世界性现象。

这一构造事件将向古老的海洋和地球大气释放出大量的氧气。

此外，与之相关的海平面上升可能在浅水中开辟了新的生态位，并提供了建造骨骼和坚硬贝壳所需的钙和磷。

把这些碎片拼在一起。

我们知道前寒武纪确实有生命。

然而，寒武纪的爆发是一个令人震惊的、无与伦比的进化期--达尔文的进化论本身无法很好地解释这一速度。

地质学家帮助填补了这一空白，他们提供的证据表明，巨大的构造变化将一个氧气有限的世界变成了生命的孵化器。

从氧气限制的限制中解脱出来，生命迅速多样化。

新的基因将受制于达尔文的自然选择，要么变得更加普遍，要么消亡。

地球过去的奥秘。

研究过去总是带有一定程度的不确定性。

正如肖普夫在寻找前寒武纪化石的历史中所描述的那样，当过分热心的科学家声称他们发现了前寒武纪生命时，他们玷污了这一领域，结果其他研究人员很快就把这些物质斥为无机物质。

2014年，一项研究表明，科学家长期以来高估了寒武纪之前的氧气含量。

我们仍然不知道是什么导致了大不整合和相关的构造变化，尽管大多数研究人员认为肯定参与了大规模的冰川作用。

甚至不是所有的科学家都接受寒武纪爆发是一次异常快速的进化事件的观点。

相反，他们认为，化石记录的激增可能只是反映了这样一个事实，即硬体生物比软体生物更容易石化。