阿瓦隆大爆发：生命演化的壮丽篇章
阿瓦隆大爆发：生命演化的壮丽篇章
在地球生命的演化历程中，阿瓦隆大爆发是一个极其重要的时期。这一时期的生物多样性显著增加，为后续的寒武纪大爆发奠定了基础。本文将从环境变化、重要生物群落的发现以及关键进化革新等方面，为您详细解读这一生命演化史上的壮丽篇章。
在埃迪卡拉纪之前，地球上发生过全球冰冻事件，被称为雪球地球。据记载，在 7.2 - 6.4 亿年前，地球表面从两极到赤道全部结成冰，只有海底残留了少量液态水。这个时期对地球上的生命来说是一个巨大的挑战。然而，随着时间的推移，情况发生了改变。
雪球地球事件之后，气温迅速回升。平均温度约为 17℃，比现代高 3 摄氏度，但仍有若干小冰期发生。冰川大量融水，海平面显著升高，潘诺西亚超大陆周边遍布浅海，随着潘诺西亚超大陆的解体，浅海面积进一步扩大，为早期生命提供了良好的庇护所。同时，海洋被完全充氧，大气中的氧含量也逐渐上升。研究表明，6 亿年前海洋深处有氧气，中科院南京地质古生物研究所等单位开展的研究为揭示当时海洋的氧化状态提供了新证据。复杂多细胞生物的出现表明当时海洋环境中含氧量增加，为生命的爆发奠定了基础。
蓝田生物群是古老的宏体生物群，时代属于埃迪卡拉纪早期，年龄限定在距今 6.35 亿 —5.8 亿年之间。它们生活在静水环境，水深在 50 米至 200 米之间。该生物群不但包含了形态多样的扇状和丛状生长的海藻，也有具触手和类似肠道特征、形态可与现代腔肠动物或蠕虫类相比较的动物。至少能识别出 15 个不同形态类型的宏体生物，形态保存完整，绝大部分类型具有固着装置，表明这是一个底栖固着生长的宏体生物群。
蓝田生物群的发现为后生生物的繁殖机制提供了启示。研究显示，在新元古代 “雪球地球” 事件刚刚结束后不久，形态多样化的宏体真核生物，包括海藻和动物就发生了快速的辐射。同时也意味着，这个时期大气圈中的氧气含量有了明显的升高，较深部海水已经由 “雪球地球” 之前的还原状态转变成了间歇性的氧化状态，为 “高等生命” 的生存提供了条件。国际早期生命研究专家、格・纳波尼教授在同期的《自然》杂志上撰写了题为 “生物此刻已然变大” 的专文，对袁训来等人的研究成果进行评述，认为 “蓝田生物群” 为早期复杂高等生命的研究打开了一个新窗口。
瓮安生物群保存有距今 6.1 亿年的迄今最古老动物化石，是全球范围内寒武纪之前细节保存最完好的一片化石群，也是各国科学家探索人类始祖起源和动物早期演化的核心场所。2015 年，中国科学院南京地质古生物研究所科学家重磅报道了翁安生物群最古老的原始动物化石 “贵州始杯海绵”。该化石呈三维立体保存，显示有精致的动物细胞组织结构，将多细胞动物的起源向前推演了 6000 万年。此外，瓮安生物群中还有盘状卵裂动物胚胎化石等重要成果。这些发现表明瓮安生物群为解开生命早期演化之谜打开了至关重要的新窗口，在动物进化中占据着重要地位。自 1998 年以来，瓮安生物群的相关科研成果大量发表在包括《自然》、《科学》、《美国科学院院刊》等国际顶级学术期刊上，几乎每年都有国际科学团体来瓮安实地科考。
在阿瓦隆大爆发时期，生物群落发生了显著的变化。垂向和侧向生态分异使得生物在不同的空间维度上占据了特定的生态位。固着生物如某些藻类和海绵动物，它们通过特殊的结构固定在海底，稳定地获取周围的营养物质。底栖生物则在海底爬行或蠕动，寻找食物和适宜的生存环境。食悬浮生物则在水中悬浮，通过过滤海水获取微小的有机物颗粒。这种生态分异使得生物群落更加多样化，不同类型的生物能够在同一环境中和谐共存，充分利用各种资源。
动物运动、骨骼矿化及捕食作用三大革新在阿瓦隆大爆发时期起到了关键的推动作用。动物运动的出现使得生物能够主动寻找食物、躲避敌害和寻找适宜的栖息地。例如，一些早期的两侧对称动物如夷陵虫，身体长条形，呈两侧对称的三叶形，具有明显的身体分节，能够在海底爬行前进。骨骼矿化则为生物提供了更强的支撑和保护。虽然在这个时期的骨骼矿化还处于初级阶段，但已经为后续生物的进化奠定了基础。捕食作用的出现使得生态系统的关系更加复杂，生物之间的竞争也更加激烈。高家山生物群发现了选择性捕食的现象，这表明生物已经开始根据自身的需求选择食物，生态系统结构更为复杂。
两侧对称动物在这一时期起源和演化，为寒武纪大爆发奠定了坚实基础。两侧对称的身体结构使得动物具有了前后、背腹之分，头部集中了感觉器官，能够更好地感知环境。这种身体结构的优势使得两侧对称动物在后续的进化过程中逐渐占据了主导地位。例如，夷陵虫如果被推测为环节动物或泛节肢动物成立，那么在埃迪卡拉纪晚期，已经存在相当衍化的动物了。这一时期的生物演化不仅为寒武纪大爆发做好了准备，也为地球上生命的多样性发展奠定了重要的基础。
在 6.4 亿年前的埃迪卡拉纪，生命进行了一次独特的尝试，出现了许多奇特的生物，其中狄更逊水母就是典型代表。狄更逊水母既没有嘴巴也没有肠道，而是被动地等着海底养分流过，形态像一块圆形地毯铺在海底，只有几毫米厚，却可以达到近 1.5 米长。其身体更像是众多细胞的线性聚集，细胞之间相当于独立生存，为了让所有细胞都能充分吸收养分，不得不长成这种特殊形状。
这类生物虽然形成了稳定连接，但未能达成总体大于个体之和的涌现，最终在寒武纪大爆发之前突然集体消失。其失败的原因可能在于过于依赖被动获取养分的方式，缺乏适应环境变化的能力。而且，它们的身体构造简单，没有进化出复杂的器官和功能，无法在竞争日益激烈的生态环境中生存下来。
埃迪卡拉纪的这些生物与寒武纪有着紧密的联系。在几乎同一时期，出现了专门用于信息交流的神经细胞和弥散的神经网，为寒武纪时期动物的集中大爆发奠定了基础。就像人类个体花费漫长时间形成稳定连接和统一语言后，创造出大量财富一样，生命的演化也在不断积累和突破中前行。
在阿瓦隆大爆发时期，神经细胞开始了重要的发展历程。
物理连接方面，神经细胞演化出一条长长的尾巴叫轴突，能与其他神经细胞的胞体或树突连接在一起。同时，还有胶质细胞作为帮凶，支撑和隔离神经细胞并提供养分，解决了网络搭建问题。
统一语言方面，由于之前蛋白质们所达成的涌现，细胞已经拥有了制造电脉冲的能力。而神经细胞所使用的语言，正是这种电脉冲的发送频率。每个神经细胞就相当于一个钢琴键，当众多钢琴键以不同的频率共同被弹奏时，就产生了各种不同的体验，神经细胞的工作机制与此类似。
起始阶段，神经细胞被激活之前，会处于膜电位约在 -70mV 的初始状态，这种初始的膜电位状态叫做静息电位。促使这一过程的关键是钠钾离子泵这类蛋白质 “工人” 们，它们会消耗能量（ATP），通过控制钠离子和钾离子的进出，让膜电位始终保持在 -70mV。大脑一半的能量都消耗在这个过程中，足见其重要性。
发送阶段，当轴突与胞体相连处的膜电位升到 -55mV 时，神经细胞被激活，会发出一个电脉冲。这个过程由电压门控钠离子通道这类蛋白质 “工人” 们促使，它们会在膜电位升到 -55mV 时开门，允许钠离子涌入，使膜电位飙升到 +40mV，带动其他部位连锁的去极化，形成动作电位，一直传导到与其他神经细胞连接处。为了加快传导速度，施旺细胞会一层一层的包裹轴突形成髓鞘，使动作电位只能在中断的部分之间跳跃式传导，把传导速度从 10m/s 增至到了 150m/s。