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寒武纪早期大气-海洋氧含量与生命大爆发 总被引：1，自引：0，他引：1
寒武纪早期(541~510Ma)地球环境与这一时期生命大爆发之间的关系一直是地球生物学研究的热点问题之一。本文系统总结了目前寒武纪早期大气-海洋氧含量与这一时期生命辐射之间关系的3种假说:大气-海洋的氧含量增加导致了寒武纪生命大爆发;寒武纪生命大爆发导致了大气-海洋氧化以及二者之间没有因果关系。3种假说均有相应的支持证据,但也存在与寒武纪早期海洋化学记录、与现代海洋观察不符和上述假说均未考虑寒武纪早期生命演化所展示的时空差异性等问题。在上述3种假说的基础之上,本文通过对寒武纪构造活动、陆源输入、海洋化学和生命演化等最新资料的综合讨论和分析表明:寒武纪早期地球环境与生命辐射之间很可能是相互作用与协同演化关系,而非简单的单向关系。 相似文献
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用社会领域能够证明的思想大涌现事实,即中国先秦(春秋战国时期)和古希腊哲学思想在人类进入全新世特定历史阶段大涌现的史实,用类比方法再次证明了地质历史时期寒武纪生命大爆发存在性,从而加强了用归纳法得出的寒武纪生命大爆发论的可靠性。经过细致严谨的研究,寒武纪生命大爆发经历了一个较长的历史时期,这个历史时期相对于历史长河是较短的,给人以"突然出现"的假象,而思想大涌现同样经历了一个较长的历史时期(公元前约700年至公元前约200年)。在用类比方法论证寒武纪生命大爆发的基础上,进一步指出了生命大爆发论是对达尔文进化论的发展,而不是挑战。研究意义在于再次揭示了自然科学和社会科学之间的普遍联系,再次展示了用社会科学研究成果来解决自然科学领域问题这一思想和工作方法的可行性和价值。 相似文献
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根据化石记录可知,大量复杂生物类群迅速出现在早寒武世,这就是所谓的寒武纪生命大爆发.在此之前,有距今6亿年前的前寒武纪末埃迪卡拉生物群化石出现,此后的70～80 Ma里,生命就以上升了一个数量级的速率演化.这些在原始地层中看似迅速出现的化石,最早在19世纪中期就有所记录,达尔文认为,这是对他提出的进化论的自然选择观点的主要反对证据之一.有关新动物群的出现及演化长期困惑着地学界,集中在以下三点:在前寒武纪-寒武纪界线附近或早寒武世这个相对较短的时期内,存在着生命大爆发.是什么引起了这样的快速演化事件?这对于生命的起源与演化将意味着什么?对"寒武纪生命大爆发"的强烈兴趣还启发了20世纪70年代对布尔吉斯页岩化石记录的研究.不久之后,中国的澄江生物群包括对它后续的研究又很好地支持了生命大爆发.在前寒武纪一寒武纪界线附近究竟发生了什么?随着笔者对寒武纪事件越来越多的了解,积累的数据使得很多原先提出的假说都变得不太可能了.通过作者对地球环境的改变和寒武纪生命大爆发详实的研究,发现这种改变是可以由撞击事件引起的.在对寒武纪时期的地球进行了详细的研究之后,笔者提出了新的见解.前寒武纪晚期,存在大型的陨击事件.碰撞的高温结束了大冰期,使生物信息得以交流.同时,撞击启动基因调控机制、释放HSP90变异.一方面,调控基因决定了其他基因的表达,最早的调控基因发现于布尔吉斯页岩中(535 Ma).另一方面,HSP90原本是积累突变的蛋白,一旦环境突然发生变化,所有DNA突变将得以表达,在短时间内新的生命形式得以进化.并且这种变化是可以遗传的.然后,在新生臭氧层保护与有氧呼吸能量供应下,地球另一端幸存地下生命爆发,产生硬壳及复杂的新陈代谢以适应高温高压.现代的银河系天文理论,即密度波理论,在本文中被应用以试图解释这种撞击背后的天文学诱因.5～6亿年前的寒武纪事件使笔者联想起另外两次仍然存在争议的大规模撞击事件,它们引起的大气变化、水圈变化、生物圈变化、碳酸盐岩变化、磷矿变化都惊人的相似.形成于17亿年以前的Sadbury陨击坑直径为200 km,是最大陨击坑之一;23亿年以前(23.3～22.88亿年)地质环境(沉积圈、生物圈、水圈、大气圈)发生了由地外因素引起的灾变.灾变后,火山活动明显减弱,富氧大气圈形成,生物演化出现飞跃,叠层石开始广泛发育,碳酸盐岩在各大陆大量沉积,第一次全球性磷矿期开始发育.根据几处23亿年左右陨落的大量消溶型铁质宇宙尘的发现,推论该灾变的起因是与陨击作用有关的宇宙事件,且地表23亿年前的泛火山运动和月岩年龄分布(23～25亿年)以及月表陨石坑构造等表明:23亿年前,地外物体对地球的冲击作用非常强烈.再考虑到6 500万年前的契科苏博鲁陨击事件,也就是说,在已经得到广泛承认的和存在争议但有事实支持的地外灾变事件中规模最为巨大的三次撞击事件符合5～6亿年这一大周期.5～6亿年正是太阳系扫过银河系四条主旋臂一次所用的时间:太阳绕银河一周的时间大约是290个百万年.而由于在太阳绕银河转的时候,银河系的四条大旋臂同样旋转,并且其螺旋势场的角速度约是太阳系的一半,最终叠加的结果就是这样的一个大周期.密度波理论表明,旋臂处质量密度非常大,并且形成旋臂的螺旋引力场将对太阳系产生影响,诱发撞击事件.本文通过前人定性证据和笔者实地考察表明,上述假说与当时的绝大多数重要天文事件和地质发现相吻合,广泛的铱异常与位于澳大利亚的大型陨击坑均有发现.对澳大利亚的Acraman陨击坑和HAPCIS陨击坑的基底构造实地分析也表明了前寒武纪末曾经存在过陨击事件.最后笔者利用计算机模拟了大气圈变化.模拟分两步进行,首先从岩石热分解得出需要的温度与压强数据,而后将数据作为参数用于模拟.数据结果表明撞击区域的大气温度在4 000 K左右,压强为5 600 Bar.撞击增加了大气中二氧化碳和氧气的含量,并强化了臭氧层.这些含量的变化与地质上的记录一致. 相似文献
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冰雪地球的研究进展综述 总被引：3，自引：0，他引：3
在大约6~7亿年前的新元古代时期，地球是否曾经被冰雪完全覆盖而成为了一个“冰雪地球”？如果是，什么诱发了这种全球性的冰川期？又是什么导致了它的融化？新元古代时期的极端气候变化对其后的寒武纪生命大爆发有何影响？围绕这些问题，古地质、古生物和古气候学界在最近几年展开了广泛的研究和激烈争论。根据现有的研究结果，地球在新元古代时期确实经历了数次地球历史上最为严重的全球性冰川期，但地球是否被完全冰封还需要更充分的古地质和古生物方面的证据来证明；利用气候模式对各种可能的外部强迫的模拟试验表明“冰雪地球”是很难形成的，并且，如果地球进入完全被冰封的状态，它将是难以被融化的；关于新元古代时期剧烈的气候变化对寒武纪生命大爆发所起的作用存在2种观点，一种认为气候变化导致了原始生命的基因突变并诱发了寒武纪生命爆发，另一种认为这种影响主要是生态方面的。 相似文献
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近年的研究表明,地球生命可能起源于距今39~36亿年之间。除了碳元素以外,水、氮、氢、磷等元素也是生命起源的必备条件,黏土矿物和金属硫化物是有机质合成的重要催化剂,有热液活动的碱性热水环境是最有利生命发生的孵化场。自原核生物在约3.5 Ga出现之后,生命就一直表现为与环境的协同进化关系。大气圈氧化是地球史上最重大的地质事件之一,它不仅改变了地球表层环境条件、加速了表生地质过程和新矿物的产生,而且改变了海洋化学条件和元素循环。大气圈氧化事件的根本在于产氧蓝细菌的出现,元古宙中期海洋化学性质的整体转换也与微生物过程密切相关。新元古代多细胞生物的繁盛和末期后生动物的出现及其在寒武纪初期的快速多样化是生物圈演化的重大飞跃。这个过程也与海洋氧化增强及其导致的海洋化学变化密切相关,其中硫化水域消失和减弱以及海水中微营养元素可得性增加可能是重要因素,这也与微生物过程直接相关。 相似文献
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晚前寒武纪,在我国指约19亿至6亿年前,长达十多亿年的一段时间。它是地质历史上的一个重要转变阶段。在此期间,地球的气圈、水圈发生了显著的变化;生物界出现了真核生物;沉积作用、构造运动和成矿作用也都表现出与太古宙全然不同的巨大差别。例如,自晚前寒武纪起,在地球上不再产生绿岩带(除个别地区可能的“绿岩带” 相似文献
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通过系统梳理前寒武纪和显生宙海相遗迹化石记录及笔者自己的研究,发现在寒武纪生命大爆发、奥陶纪生物大辐射、中生代海洋革命共3次里程碑式的生物大辐射过程中,海相遗迹化石的属级多样性变化和歧异度增减均与生物多样性呈正相关,生物扰动强度和深度明显增加,造迹生物的觅食策略和行为习性多样化明显增多。寒武纪生命大爆发时期,最有代表性的生物行为变化是出现了具有垂向分量的潜穴; 奥陶纪生物大辐射期间,海相遗迹化石的分布逐渐从滨、浅海扩展至半深海和深海,表现为造迹生物群落栖息地的扩张; 中生代海洋革命时期,海相和陆相遗迹化石同步增加,生物对生态空间利用的深度、广度和集约性同步增强,遗迹化石面貌表现为深海雕画迹的多样性和歧异度大幅增加、形态类型多样、多种觅食策略共存。地史时期的海相遗迹化石面貌受环境外因和生物内因控制,表现出形态由简到繁、分布范围由小到大的变化趋势,对生态空间的利用表现为由沉积物表层至浅层再到深层、由二维到三维、由局域(浅水)到广域(浅水和深水以及陆地)的发展,印证了生物获取生态机会的过程。 相似文献
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地球微生物过程与潜在烃源岩的形成: 钙质微生物岩 总被引：2，自引：0，他引：2
钙质微生物岩是各种微生物生命活动引起的特殊的碳酸盐建造, 主要集中发育在前寒武纪及显生宙等重大地质转折期, 在我国华北及华南地区有着广泛的分布.微生物岩中大量微生物化石的存在反映当时的海洋具有很高的初级生产力.明显偏低的钼同位素值显示在前寒武纪相当长的时期里, 海洋底部处于缺氧状态.Th/U值的急剧降低和黄铁矿在浅水台地区的广泛出现显示二叠纪大绝灭后, 海洋环境也同样呈现缺氧的还原状态.高生产力和还原的沉积环境为生物有机质的埋藏及烃源岩的形成创造了条件.前寒武纪及晚泥盆世微生物岩中沥青的发现, 进一步增加了钙质微生物岩作为潜在碳酸盐型烃源岩的可能性. 相似文献
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澄江动物群以富含多门类精美软躯体构造化石享誉学界,是寒武纪大爆发主幕的见证者;它亲眼目睹了地球动物树上几乎所有主要门类祖先的首次大聚会。对该动物群30多年的大规模调查研究大体上可以划分为3个阶段。始自1984年的第一个10年(1984—1994年),早期动物树上的基础动物亚界和原口动物亚界的大量门类被发现,然而对后口动物亚界全然无知。第二个10年研究(1995—2005年),基础动物亚界和原口动物亚界中的更多门类被发现;而最重要的进展,是西北大学团队主导的早期后口动物大发现使后口动物亚界的基本框架被构建,由此地球三分动物树首次成型。第三个10年及其以后时期(2005年之后),3个动物亚界中进一步添加了一些新的门类认知;综合20世纪40年代以来对埃迪卡拉生物群、寒武纪第一世和第二世的珍稀动物群研究成果,学界开始思考三分动物树分步成型与多幕式寒武纪大爆发事件的内在关联,提出了三幕式寒武纪大爆发新假说。澄江动物群研究具有多方面的科学价值,包括动物群结构研究,生态环境研究等,然其核心学术价值主要集中在如下两个方面:(1)作为寒武纪大爆发的主幕见证者,澄江动物群首次创建了地球上三分动物树的完整谱系框架。三幕式寒武纪大爆发假说揭示了地球上动物门类由低等到高等、分阶段爆发创造的本质内涵,即历时约0.4亿年的三幕式寒武纪大爆发与动物树阶段性快速成型的内在耦合性。第一幕发生于埃迪卡拉纪晚期,它诞生了众多基础动物亚界门类(包括大量绝灭门类),也可能出现了少量原口动物的先驱分子;第二幕发生于寒武纪的第一世,除了延续基础动物门类的繁盛外,更创生了原口动物亚界里的主要门类(包括蜕皮类和触手担轮类);第三幕发生于寒武纪第二世(以澄江动物群为代表),不仅延续了基础动物和原口动物门类的兴盛,更重要的是诞生了后口动物亚界里的所有门类。至此,整个三分动物树的框架成型,寒武纪大爆发创新事件宣告基本结束。文章还对几个重要动物类群的生物学属性进行了评述。第一鱼昆明鱼目是已知唯一的最古老脊椎动物,而云南虫、海口虫既不是脊椎动物(即高等脊索动物),也不属于低等脊索动物,而是一类特殊的低等后口动物;长江海鞘是可信的始祖尾索动物,它支持了经典的尾索动物起源假说;古虫动物门首创鳃裂构造,对后口动物亚界的起源探索提供了关键信息。(2)澄江动物群具有深刻的人文哲学意义,所发现的古虫动物门创造的“第一鳃裂”,昆明鱼目创造的“第一头脑”“第一脊椎”“第一心脏”,为达尔文在《人类的由来》中关于人类的主要基础器官起源悬案的破解提供了关键证据。澄江动物群承上启下,其各种形态解剖学信息对解读埃迪卡拉生物群以及寒武纪相关化石库中绝大多数生物类型都具有重要的参考价值。 相似文献
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前寒武纪 (4.6 Ga~541 Ma) 占据约90%的地球发展历史。该时期大气成分、海洋氧化还原条件、全球气候和生命演化历程等均发生极大程度的改变,为现在的地球系统奠定了基础。地球轨道参数是描述地球系统演化过程的重要指标,对于研究日地系统、地月系统及地球本身演化具有重要意义。近年来一些学者在全球范围内2650~550 Ma地层中成功识别出大量可靠的地球轨道参数。本文通过总结前寒武纪地球轨道参数,分析了地球外动力系统和地球深部动力系统对于地球轨道参数的影响;并以前寒武纪重大地质事件为基础,进一步阐述了地球轨道参数对于地球表生环境的影响。 相似文献
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腕足动物是寒武纪冠轮动物分支的重要类群,在寒武纪大爆发期间海洋底栖动物群落结构构建中发挥着重要作用。研究表明华南最早的腕足动物出现在寒武系第二统。通过大量酸蚀处理和系统分析,发现华南寒武纪第二世碳酸盐岩相中赋存的腕足动物可分为8属12种和3个未定属种,都属于磷酸钙质舌形贝型,揭示了寒武纪早期磷酸钙质壳腕足动物的多样性及其形态差异。通过全球对比,力求探索寒武纪最早腕足动物的起源、多样性、分布与辐射。通过个体发育研究,揭示了异时发育在乳孔贝形态多样性中发挥的重要作用,同时表明寒武纪舌形贝型腕足动物发育中普遍存在滤食型浮游幼虫和变态发育的过程。因此变态发育的浮游幼虫可能是腕足动物的祖先特征。这与现代舌形贝明显不同,现代舌形贝的浮游幼虫为次级幼虫,演变为直接发育。此外,对比全球不同大陆腕足动物的首现,认为舌形贝型亚门腕足动物可能在寒武纪第二世初起源于东冈瓦纳与华南板块,随后开始向全球扩散。对寒武纪早期腕足动物多样性、个体发育与生物地层的深入研究,有助于增进对关键动物门类的早期起源与系统演化的认识,同时也将推动全球和区域寒武纪生物地层的划分与对比。 相似文献
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刺胞动物是华南寒武纪早期海洋生态系统的重要组成部分,针对这类化石的研究有助于深入了解寒武纪多幕式爆发事件。本文主要根据寒武纪早期扬子板块陕南宽川铺生物群、湖北岩家河生物群以及澄江生物群产出的刺胞动物,探讨刺胞动物在寒武纪早期的演化框架,取得了以下初步认识。截至目前,所发现的寒武纪早期刺胞动物绝大多数都属于水母超纲,珊瑚纲的化石记录在寒武系幸运阶、第二阶保存较为罕见。其中寒武系幸运阶刺胞动物的化石记录全部属于底栖类型,体型小,且具有多种类型的身体辐射对称形式,绝大多数类型可以确定属于直接发育。第二阶刺胞动物仍以底栖固着类型为主,体形增大,仅见两、四辐射对称形式;而寒武系第三阶刺胞动物仍有底栖固着类型,但游泳的水母开始出现,体型增大明显,代表水母冠群的出现,以及世代交替的复杂生命周期的正式建立。从幸运阶到第三阶刺胞动物体型明显增大,可能与海水氧气含量增加有关。在寒武纪大爆发的背景下,刺胞动物的分异度和丰度在寒武系幸运阶就已经达到顶峰,然后在第二阶、第三阶开始衰减,这种变化可能与两侧对称动物辐射演化有关。华南刺胞动物的化石记录表明,寒武纪大爆发并非纯粹的一幕式爆发,其中充斥着一系列生物群的替代甚至灭绝事件。 相似文献
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前寒武纪大陆地壳地质构造演化研究进展与问题 总被引：6，自引：0，他引：6
前寒武纪地质构造是地球系统科学研究的一个承前启后的重要组成部分,现存最古老的固体地球物质是38亿年前的大陆长英质岩石。以地质构造热事件为标志确认早中太古代已有30亿年年龄值的大陆克拉通化,而新太古代末大陆地壳已出现普遍的克拉通化。由深变质作用岩石测得的p-t值推断当时地温梯度与现今大陆稳定区相似,大规模的陆壳区断块已具基本刚性特征,使板块构造运动模式基本适用于太古宙地壳演化。古元古代末陆壳普遍隆升和遭剥蚀,陆壳生长作用导致形成大陆区块上的裂谷型坳拉槽系。中元古代起,世界约于18亿年前近乎同时出现不变质的沉积盖层,使前寒武纪明显必需划分为早、晚前寒武纪两大阶段。华北克拉通区是世界大陆克拉通地壳的组成部分,与世界各大陆克拉通演化有很好的可对比性,在前寒武纪超级大陆重建中有一定位置。在现今阶段研究基础上,对华北克拉通区提出了几个前瞻性的基础研究课题,应予深入探索。 相似文献
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大塘坡期锰矿层中黄铁矿异常高的δ34 S值的意义 总被引：4，自引：0，他引：4
我国南方末元古代间冰期的锰矿层(大塘坡期)出现了普遍超过+4‰的异常高δ34S值的沉积黄铁矿,这是全球性的"雪球"事件的响应.全球海洋从"冰室"到"温室"的剧烈环境变化不仅诱发"早寒武世生物大爆发",也是产生海洋硫和碳同位素巨大漂移的原因. 相似文献
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正一直以来,关于生命演化,科学界普遍公认:地球复杂生命形态只有在当大气氧的含量上升至接近现代水平时才能进化。但是,由南丹麦大学海洋生物学研究中心主持的最新研究颠覆了这一传统认识,其研究成果发表于2014年2月17日出版的美国科学院院刊(PNAS)。迄今为止,复杂生命起源是科学界最大的谜题之一。最初的简单原始细胞如何进化为地球上现存的多样的先进生命体?科学界始终将这归结为氧的作用。6.3~6.35亿年前,地球上首次出现复杂生命形态,而在数十亿年以前仅有原始的单细胞生命形态。复杂的动物体的出现伴随大气氧含量的显著上升,因此,两者之间的这种显著关联表明大气氧含量的增加导致了动物的进化。 相似文献
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寒武纪生物与古海洋环境演化的成因联系是追溯生命起源、发展及地球环境变迁和两者协同演化的前沿科学问题之一。寒武纪第4期是其中重要的时间节点,华南板块是寒武纪相关问题研究的重要窗口,而古海洋氧化还原条件是分析论证古生物种属及数量巨变地质成因的关键切入点。据此,在大量文献调研基础上,对华南板块寒武纪第4期的沉积古地理背景、古海洋环境条件、生物发育情况、突发性地质事件等进行系统的梳理与总结,认为陆源水体注入、风暴作用等区域性地质作用以及突发性火山活动、海侵等全球性地质事件对古海洋氧化还原条件影响显著,而生物消亡与地质突变事件所引发的海洋缺氧密切相关;但氧化还原条件不同波动阶段的生物丰度差异和不同古生物丰度点位的氧化还原条件差异尚不明确,古海洋氧化还原条件与可诱发其产生波动的地质事件精确时限对应关系仍存在争议,古海洋氧化还原条件波动以何种速度、幅度突破古生态系统耐受阈值仍然未知,难以探索三者之间更深层次的内在联系,可作为后续研究工作重点以进一步揭示寒武纪突发性地质事件、古海洋氧化还原条件和生物演化间的成因联系。 相似文献