导语 达尔文的进化论告诉我们：生物进化的过程是在自然选择和遗传变异的推动下，经过了从简单到复杂、从低级到高级的漫长演变。然而，在地球的历史中，却有着这样的一个时期，在短暂的时间内便爆发出了无数的生命。

关键词：寒武纪；癌细胞

我们的地球诞生于46亿年前，之后经历了大约40亿年时光，迈进了“寒武纪”。

但令人奇怪的是，这40亿年间，生命几乎都没有在我们这个星球上留下任何痕迹，孤寂和冷清主宰着整个世界；早期出现的水生细菌和藻类生物也只是悄无声息地存在于海水中，在进化的道路上如蜗牛般爬行着。

大约5亿4200万年前到5亿3000万年前，寒武纪开始，此时的地球发生了极其突然的变化，千奇百怪、各种各样的后生动物似乎是在转瞬间便出现在广阔的海洋之中，地球上仿佛突然间热闹起来。这被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”，简称“寒武爆发”。

显然，这个大量物种突变式增长现象与达尔文的进化论是相冲突的，那么究竟是达尔文的理论不够完善呢？“在某些因素的影响下，物种的演化确实可以达到比较快的速率”；还是“寒武纪生命大爆发”只是一个由于之前的环境不利于化石的保存所造成的假像呢？物种多样性的“瞬间”爆发被国际学术界列为“十大科学难题”之一。

科学家们对此津津乐道，提出各种五花八门的假说来试图揭示寒武爆发之谜。

假说一 大气中的氧气浓度增加

这种假说认为，早期具有光合作用的藻类生物因为没有捕食者，大量繁衍，使大气和水体中的含氧量迅速上升，从而可以支撑更复杂、体型更大的动物的生存。

同时，氧气的积累使臭氧层不断完善，让生物有了在浅海区域生存而不被紫外线伤害的可能。

但已经有证据显示寒武纪之前氧气就已经增加至足够充足了。还有研究者指出，简单动物对氧气的需求量是非常低的。

绿藻

假说二 海洋中钙的大量涌现

三位美国科学家对一些早寒武纪时期在海底形成的盐晶体进行了检测，发现早寒武纪的钙含量比原生代的钙含量至少高出3倍。

他们认为，这些钙应该是地中海海脊火山爆发时喷入热海水中的钙。而高水平的地壳活动、钙的喷入使得早期生命演化出壳和骨骼以解决海水中钙含量升高而造成的潜在毒性。

钙质的含量增加对生命壳体和骨骼的发育奠定了基础，这导致寒武纪动物的井喷式出现并得以迅速演化。

三叶虫

假说三 收割者的出现和进化

美国生态学家斯坦利提出收割原则认为：在前寒武纪的25亿年的多数时间里，海洋是一个由原核蓝藻这样简单的初级生产者所组成的生态系统。这一系统内的群落在生态学上属于单一不变的群落，营养级也是简单唯一的。

由于物理空间被这种种类少但数量大的生物群落顽强占据着，所以这种群落的进化非常缓慢，从未有过丰富的多样性，也没有大型生物的捕食关系。

寒武纪由于捕食者即食用原核细胞(蓝藻)的原生动物出现，生产者为了生存多样性的增加，导致了捕食者的进化，从而使得整个生态系统的生物多样性不断丰富，最终导致了寒武纪大爆发的产生。

原生动物——草履虫

假说四 有性生殖的出现

有化石资料表明，有性生殖始出现于约9亿年前的真核藻类上，但实际上有可能出现得更早。

有性生殖可为遗传变异性提供更多的可能性，进一步增加生物的多样性，从而造成寒武纪大爆发。

假说五 强烈的海水氧化还原波动

南京大学地球科学与工程学院凌洪飞教授课题组利用铀同位素在缺氧及氧化环境中的地球化学差异及同位素组成的变化，通过对我国华南扬子地块南缘两条保存完好连续沉积的碳酸盐岩地层进行采样分析发现：

在华南扬子地块埃迪卡拉纪晚期到寒武纪早期，表层及底部海水并没有出现长期稳定的氧含量增加；相反，海洋的氧化还原条件存在巨大的变化，海洋氧化程度大幅度波动，在埃迪卡拉纪-寒武纪界线及寒武纪第二阶出现了两次显著的海洋缺氧事件。

这一结果也与华南扬子地块寒武纪早期广泛分布的黑色页岩沉积相一致：即在寒武纪早期，海洋并非处于稳定的，持续性的氧化状态，缺氧海水及沉积物是广泛分布的。

由此认为这一时期动物多样化可能是一种生物自身对环境做出的反应和革新，这一变化类似于二叠纪-三叠纪之交生物大灭绝之后出现快速的生命复苏及进化繁衍。

假说六 源于多细胞生物的一种特殊机制

这是最近瑞典隆德大学的跨学科团队古生物学家哈马伦德博士和肿瘤生物学家史万帕曼教授及史特定博士在《自然：生态学与演化》上提出的一个关于寒武纪大爆发的新假说。

他们认为，寒武纪之前很早的时候，地球上已存在足够的氧气，而寒武纪动物多样性爆发的关键类似于癌细胞的某种机制。

“干细胞”是能发育成多种功能细胞的“树干”细胞，干细胞特性对于所有多细胞生命至关重要。我们都是由从受精卵变成的胚胎干细胞一步步分裂出来的。我们的干细胞，对氧气极其敏感。而多细胞生命能操纵一种细胞蛋白，让细胞在高氧环境中以为自己是缺氧的，从而维持干细胞特性。

胚胎干细胞的分化

正是这种机制规避了高氧使组织特异性干细胞成熟得太早，从而促进生命的迅速增长。

癌细胞也正是利用这一机制，使得肿瘤即使处于高氧环境，但仍可在“假缺氧”环境下维持干细胞特性。

而当我们的细胞可以很好地控制这种机制的使用时，它会帮助我们在富氧环境下活得更长；一但失控则会导致肿瘤。这可能就是最早的癌细胞的起源了——由于寒武纪多细胞动物繁荣昌盛的而产生的衍生物。

皮肤癌细胞电镜图片

（责任编辑：张馨文）

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