物種大爆發是指在一個特定的地質時期內，大量生物類群集中且短時間出現的現象。典型的例子是發生在寒武紀的生命大爆發。
物種大爆發的解釋
寒武爆發假象說
有一種觀點認為，寒武紀生命大爆發只是一種假象，這是因為進化是漸進的過程，所謂的“爆發”實際上是首次在生物化石記錄中發現了早已存在的生物。其他生物化石群可能因地質記錄的不完整性而缺失，這部分缺失可能是由于前寒武紀地層經歷了高溫和高壓，其中的化石遭到破壞所致。然而，由于在前寒武紀化石沉積層中發現了大量簡單的原核生物，如細菌和藍藻，因此這一解釋已不再具有說服力。
氧水平變化
1965年，兩位美國物理學家提出，寒武紀生命大爆發是由地球大氣中氧氣水平的變化引起的。他們認為，在早期地球上，大氣中幾乎沒有自由氧，氧是前寒武紀藻類植物光合作用的產物，并逐漸累積形成。后生動物需要大量的氧來進行呼吸作用，并通過臭氧形式在大氣中吸收有害的紫外線，保護它們不受輻射傷害。然而，地質學的證據并不支持這種氧理論。約在10億至20億年前，廣泛分布的沉積巖層中就含有大量嚴重氧化的巖石，這表明在那個時期已經有足夠的氧氣條件支持生命爆發。因此，生物學家從兩件重要事件——有性生殖的產生和生物收割者的出現出發，探索寒武紀生命大爆發的原因。
有性繁殖出現
化石資料顯示，真核藻類大約在9億年前開始出現有性生殖，事實上，有性生殖出現得更早。有性生殖在整個生物界進化過程中扮演了至關重要的角色，因為它提供了遺傳變異，進而促進了生物多樣性的增加，這也是寒武紀生命大爆發的一個原因。
生物收割者假說
生物收割者假說是美國生態學家斯坦利提出的，他認為在前寒武紀的大部分時間內，海洋是以原核藍藻等簡單的初級生產者為主的生態系統。這種生態系統在生態學上屬于單一不變的群落，營養級也很簡單。由于物理空間被這種種類少但數量大的生物群落占據，因此這種群落的進化非常緩慢，從未有過豐富的多樣性。寒武紀生命大爆發的關鍵在于草食收割者的出現和進化，即食用原核細胞（藍藻）的原生動物的出現和進化。收割者為生產者創造了更多樣性的空間，而生產者多樣性的增加又導致了更特異的收割者的進化。營養級金字塔向兩個方向迅速發展：底層的生產者增加了許多新物種，豐富了物種多樣性，頂層又增加了新的“收割者”，豐富了營養級的多樣性。這使得整個生態系統的生物多樣性不斷增加，最終導致了寒武紀生命大爆發。盡管尚未找到直接證據證實“收割理論”的正確性，但一些間接證據支持了這一理論。例如，前寒武紀疊層石中保存了豐富的生產者群落，而今天的疊層石主要存在于缺少后生動物收割者的貧瘠環境中。此外，生態學野外研究也提供了一些間接證據，顯示在人工池塘中引入捕食性魚類可以增加浮游生物的多樣性，而在多樣的藻類群落中去除海膽會導致某種藻類成為主導而多樣性降低。
鈣的大量涌現
最近的研究表明，海洋中鈣的大量涌現可能在寒武紀生命大爆發中起到了重要作用。大約在5.3億年前，地球上的動物經歷了一次新生，所有現存動物的祖先在這個時候進化出了骨骼和殼體。長期以來，科學家一直在探究是什么促成了地球生命在寒武紀時突然展現出豐富多彩的多樣性。動物為何進化出殼體？最顯而易見的理由是為了避免被捕食。另一個觀點或許有助于解釋生命為何在早寒武紀進化出硬體部分：大氣中含氧量的上升讓動物能夠建立起更為復雜的身體結構。20世紀70年代，科學家提出了一種新假設：在早寒武紀的環境中，為了消化體內突然增多的鈣，海洋生物開始了殼的進化。然而，海洋化學變化一直缺乏直接證據。直到近期，三位地球化學家對保存有早寒武紀海水的微小包塊進行了測量。他們的研究發表在《地質學》雜志上，結果顯示早寒武紀的鈣含量比原生代高至少三倍。研究人員推測，這些鈣可能來自地中海海脊火山爆發時噴入熱海水中的鈣，這為生物骨骼形成提供了物質基礎。他們強調，高水平的地殼活動、鈣的噴入和“寒武紀大爆發”似乎支持了這樣一個觀點：即早期生命演化出殼和骨骼是為了應對海水中鈣含量升高造成的潛在毒性。盡管還需要更多的研究來明確海洋中的鈣是生命進化的因果還是結果，但它顯然是一個重要因素。
?
參考資料 >
物種大爆炸是一個什么樣的現象?.新浪微博.2024-10-30
名詞解釋:物種大爆發.喜馬拉雅.2024-10-30