奥陶纪生物大辐射研究的关键科学问题.pdfVIP

中国科学 D 辑:地球科学 2009 年 第 39 卷 第 2 期 : 129 ~ 143 SCIENCE IN CHINA PRESS 奥陶纪生物大辐射研究的关键科学问题 * 张元动, 詹仁斌, 樊隽轩, 成俊峰, 刘晓 中国科学院南京地质古生物研究所, 现代古生物学和地层学国家重点实验室, 南京 210008 * E-mail: ydzhang@ 收稿日期: 2008-03-31; 接受日期: 2008-10-31 中国科学院知识创新工程方向性项目(编号: KZCX2-YW-122)、国家重点基础研究发展计划(编号: 2006CB806402)、国家自然科学基金项 目(批准号:和科技部基础性工作专项(编号: 2006FY120300-4)资助 摘要 奥陶纪生物大辐射是近年来引起国际地学界极大关注的一次重大生物演化事件, 相关 关键词 学者从多个角度对它开展研究, 已发表数百篇专门的论文(著). 对该事件的研究涉及较多的学 奥陶纪 科领域和科学问题, 内容广泛, 对其触发机制和控制因素也有多种观点或假说. 文章对这一事 生物大辐射 件研究进行述评, 并结合作者近年来在该领域的研究成果, 就其中的 4 个关键科学问题逐一进 生态类群 食物网 行详细剖析: (1) 奥陶纪大辐射与生物门类、生态方式、海水深度、纬度及气候的关联; (2) 奥陶 化石记录 纪海洋生物的生态及食物网; (3) 化石记录与真实的生物多样性; (4) 奥陶纪大辐射的起因与控 机制 制因素. 此外, 还指出了解决这四方面问题的主要途径. 奥陶纪生物大辐射(Ordovician Radiation)是一次 样性、生态类型和群落结构都相对比较简单. 在距今 大规模、影响深远的重大海洋生物演化事件[1], 但在 约 5.8 亿年时已开始出现水螅、珊瑚虫和两侧对称的 相当一段时间内, 它却没有得到足够的重视. 事实上, 微型动物小春虫等[5,6]. 瓮安生物群、埃迪卡拉生物群 它的辐射规模是寒武纪后生动物的 3 倍多, 速率是中 和高家山生物群显示了在临近寒武纪时曾经存在较 生代生物辐射的 4 倍以上, 其中古生代演化动物群的 为多样化的海洋生物类型. 随后发生的寒武纪生命 多样性在“科”级水平上急速增长了 700%[2~4], 产生了 大爆发, 从根本上改变了当时海洋生物的总体面貌. 大量形态迥异的新类群, 从而一举确定了其后古生 寒武纪生物大爆发以大量“ 门”、“纲”级生物的起源为 代海洋生物群的总体构架( 图 1). 这次大辐射影响深 特征, 梅树村生物群、澄江生物群、凯里生物群和布 远, 在其后的 2 亿多年地质历史中, 虽然有多次重要 尔吉斯生物群的发现和研究, 使我们得以窥视寒武 的演化事件发生, 但海洋生物的总体多样性保持相 纪海洋生物世界的壮观场景. 但是, 这些生物类型中 对稳定. 这次事件在过去之所以未受到足够重视, 可 的绝大部分都只是昙花一现, 并没有延续下来. 中寒 能由于它既不像寒武纪大爆发那样从无到有地产生 武世和晚寒武世的海洋是三叶虫和磷酸盐质壳腕足 大量形态各异的生物形体构型(bauplan 或 body plan), 动物主宰的世界,