27.4: 动物王国的进化史
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培养技能
- 描述最早动物的特征以及它们何时出现在地球上
- 解释寒武纪对动物进化的重要性以及在此期间发生的动物多样性变化
- 描述围绕寒武纪爆炸的一些悬而未决的问题
- 讨论进化史上发生的大规模动物灭绝的影响
随着新的化石和分子证据改变了流行的理论，有关动物界起源和进化史的许多问题仍在研究和辩论中。 其中一些问题包括以下内容：动物在地球上存在多久了？ 动物界最早的成员是什么？它们的共同祖先是哪种生物？ 尽管在5.3亿年前的古生代寒武纪时期，动物多样性有所增加，但现代化石证据表明，原始动物物种的存在要早得多。
前寒武纪动物生活
寒武纪之前的时期被称为埃迪亚卡兰时期（从大约6.35亿年前到5.43亿年前），这是元古代晚期新元古代的最后一个时期（图\(\PageIndex{1}\)）。 据信，早期的动物生命，被称为 Ediacaran biota，此时是由原生生物进化而来的。 一些被称为 choanoflagellates 的抗议物种与最简单的动物海绵中的 choanocyte 细胞非常相似。 除了形态学上的相似性外，分子分析还显示它们的DNA中有相似的序列同源性。
长期以来，人们一直认为由Ediacaran生物群组成的最早生命只包括微小的、无柄的、身体软的海洋生物。 但是，最近有越来越多的科学证据表明，在这段时间里，甚至可能在Ediacaran时期之前，生活着更多多样和复杂的动物物种。
最近在南澳大利亚发现了化石，据信这些化石代表了具有坚硬身体部位的最古老的动物。 这些海绵状化石名为Coronacollina acula，其历史可追溯到5.6亿年前，据信表明存在从主体延伸20-40厘米（估计长约5厘米）的坚硬身体部位和尖刺。 埃迪亚卡兰时期的其他化石如图所示\(\PageIndex{2}\)。
最近的另一项化石发现可能是有史以来发现的最早的动物物种。 尽管这种说法的有效性仍在调查中，但这些原始化石似乎是长一厘米的小海绵状生物。 这些来自南澳大利亚的化石可以追溯到6.5亿年前，实际上将假定的动物置于冰河时代的大灭绝事件之前，该事件标志着低温时代和Ediacaran时期之间的过渡。 在这一发现之前，大多数科学家认为在Ediacaran时期之前没有动物生命。 现在，许多科学家认为，动物实际上可能是在低温时期进化的。
寒武纪动物生命的爆炸
寒武纪时期发生在大约5.42亿至4.88亿年前，标志着地球历史上新动物门和动物多样性演变最快的时期。 据信，当今存在的大多数动物 phyla 都起源于这段时间，通常被称为寒武纪爆炸（图 27.4.3）。 棘皮动物、软体动物、蠕虫、节肢动物和弦动物在此期间出现。 寒武纪时期最主要的物种之一是三叶虫，这是一种节肢动物，是最早表现出视觉的动物之一（图\(\PageIndex{4}\)）。
寒武纪爆炸的原因仍在争论之中。 有许多理论试图回答这个问题。 环境变化可能为动物生命创造了更合适的环境。 这些变化的例子包括寒武纪之前的大气氧含量上升和海洋钙浓度的大幅增加（图\(\PageIndex{5}\)）。 一些科学家认为，广阔的大陆架上有许多浅泻湖或水池，为大量不同类型的动物共存提供了必要的生活空间。 还有人支持这样的理论，即物种之间的生态关系，例如食物网的变化、对食物和空间的竞争以及捕食者与猎物的关系，已准备好促进物种的突然大规模共同进化。 还有其他理论声称寒武纪爆炸的遗传和发育原因。 Hox 控制基因的进化为动物发育提供了形态灵活性和复杂性，这可能为寒武纪时期可能的动物形态的增加提供了必要的机会。 试图解释寒武纪爆炸为何发生的理论必须能够为动物大规模多样化提供正当理由，并解释为什么会发生寒武纪爆炸。 有证据表明，上述每种理论都支持和驳斥，答案很可能是这些理论和其他理论的结合。
但是，关于寒武纪时期发生的动物多样化的悬而未决的问题仍然存在。 例如，我们不明白这么多物种是如何在这么短的时间内进化的。 在这个特殊时刻，生命真的有 “爆炸” 吗？ 一些科学家质疑这个想法的有效性，因为越来越多的证据表明，寒武纪之前存在更多的动物生命，而其他类似物种的所谓爆炸（或辐射）也发生在历史的后期。 此外，似乎始于寒武纪时期的动物物种的广泛多样化一直持续到下一个奥陶纪时期。 尽管存在一些论点，但大多数科学家都认为，寒武纪时期标志着动物进化和多样化的速度令人印象深刻，这是历史上其他地方无法比拟的。
链接到学习
观看寒武纪爆炸期间海洋生物可能是什么样子的动画。
后寒武纪进化和大规模灭绝
古生代寒武纪之后的时期以动物的进一步进化以及许多新秩序、家族和物种的出现为标志。 随着动物门的持续多样化，新的物种适应了新的生态利基。 在寒武纪之后的奥陶纪时期，植物生命首次出现在陆地上。 这种变化允许以前的水生动物物种入侵陆地，直接以植物或腐烂的植被为食。 在古生代的剩余时间里，由于大陆板块的运动，温度和湿度的持续变化鼓励了对动物陆地存在的新适应能力，例如两栖动物的肢体附属物和爬行动物的表皮鳞片。
环境的变化通常会创造新的利基市场（生活空间），从而促进物种的快速形成和多样性的增加。 另一方面，诸如消灭生命的火山喷发和流星撞击等灾难性事件可能导致毁灭性的多样性损失。 这样的大规模灭绝时期（图\(\PageIndex{6}\)）在生命的进化记录中反复出现，抹去了一些遗传系，同时为其他遗传系创造了进化为留下的空洞的空间。 二叠纪时期（和古生代）的结束以地球历史上最大的大规模灭绝事件为标志，当时约有95％的现存物种丧失。 世界海洋中一些占主导地位的门类，例如三叶虫，已经完全消失了。 在陆地上，一些占主导地位的二叠纪爬行动物种的消失使新的爬行动物系列得以出现，即恐龙。 随后的中生代温暖而稳定的气候条件促进了恐龙的爆炸性多样化，进入了陆地、空气和水中所有可以想象的利基市场。 植物也辐射到新的景观和空旷的壁龛，形成了由生产者和消费者组成的复杂社区，其中一些社区因可用的丰富食物而变得非常庞大。
另一场大规模灭绝事件发生在白垩纪末期，结束了中生代。 由于大规模的流星撞击和大量的火山灰阻挡了入射的阳光，天空变暗了，温度下降了。 植物死亡，食草动物和食肉动物挨饿，大多数是冷血的恐龙将其在景观中的主导地位割让给了更温血的哺乳动物。 在接下来的新生代时代，哺乳动物辐射到曾经被恐龙占领的陆地和水生壁龛，而作为统治爬行动物的温血分支鸟类成为空中专家。 新生代开花植物的出现和主导地位为昆虫、鸟类和哺乳动物创造了新的利基市场。 地球地理的巨大变化也推动了白垩纪晚期和新生代早期动物物种多样性的变化，因为大陆板块从地壳上滑到现在的位置，使一些动物群孤立在岛屿和大陆上，或者被山脉或山脉隔开来自其他竞争对手的内海。 在新生代早期，随着草和珊瑚礁的进化，出现了新的生态系统。 在新生代后期，冰河时代发生了进一步的灭绝，随后是物种形成，冰河时代用冰覆盖了高纬度地区，然后退缩，为殖民留下了新的开放空间。
职业联系：古生物学家
自然历史博物馆包含已灭绝动物的化石模型以及有关这些动物如何进化、生活和死亡的信息。 古生物学家是研究史前生命的科学家。 他们使用化石来观察和解释地球上生命是如何演变的，以及物种如何相互作用以及如何与环境相互作用。 古生物学家需要精通生物学、生态学、化学、地质学和许多其他科学学科。 古生物学家的工作可能涉及实地研究：寻找和研究化石。 除了挖掘和发现化石外，古生物学家还准备化石以供进一步研究和分析。 尽管恐龙可能是考虑古生物学时首先想到的动物，但古生物学家研究了从植物生命、真菌和鱼类到海洋动物和鸟类的所有事物。
地球科学或生物学的本科学位是开启成为古生物学家职业道路的好起点。 大多数情况下，研究生学位是必要的。 此外，在博物馆或古生物学实验室工作经验很有用。
摘要
历史上动物物种最快的多样化和进化发生在古生代的寒武纪时期，这种现象被称为寒武纪爆炸。 直到最近，科学家们还认为，在此之前存在的微小而简单的动物物种很少。 但是，最近的化石发现表明，在 Ediacaran 时期，甚至可能更早的低温时期，还存在更多、更大、更复杂的动物。 尽管如此，寒武纪时期无疑见证了我们今天所知道的大多数动物门的出现，尽管关于这种历史现象的许多问题仍未解决。
古生代剩余时期的特点是越来越多的新类别、家族和物种的出现，以及某些海洋动物对陆地的早期殖民。 动物进化史还以许多重大灭绝事件为标志，每一次事件都消灭了大多数现存物种。 大多数动物门的某些物种在这些灭绝中幸存下来，这使门得以持续存在并继续进化为我们今天看到的物种。
词汇表
- 寒武纪爆炸
- 寒武纪时期（5.42亿至4.88亿年前），当今存在的大多数动物门都进化了
- 低温时期
- 以全球气候非常寒冷为特征的地质时期（8.5亿至6.3亿年前）
- Ediacaran 时期
- 地质时期（6.3亿至5.42亿年前），当时有组织的最古老的肯定多细胞生物进化出来
- 大规模灭绝
- 在相对较短的地质时间段内消灭大多数物种的事件