寒武紀大爆發(fā)時期生態(tài)系統(tǒng)演化
動物門類在前寒武紀至寒武紀過渡時期(約5.6-5.2億年前)首次在地球上大量出現,這一重大生命演化事件被稱為寒武紀大爆發(fā):在不到地球歷史1%的時間里,誕生了絕大多數動物門類。早在達爾文時代,科學家們就已經認識到動物門類在寒武紀突然出現的現象,1948年P.E. Cloud將之定性為爆發(fā)式演化事件,直至今天,寒武紀大爆發(fā)仍然是自然科學領域的前沿課題。2015年,英國經濟學人雜志發(fā)表重大科學難題系列文章,將寒武紀大爆發(fā)列為6大自然科學難題之一。為什么動物門類在這個時候大規(guī)模爆發(fā)式出現?寒武紀大爆發(fā)的原因到底是什么?圍繞這個問題,過去主要做了兩方面工作:一方面古生物學家發(fā)現化石,研究寒武紀大爆發(fā)時期動物門類的多樣性,揭示它們之間的演化關系;另一方面,古環(huán)境科學家,主要利用地球化學手段研究海洋氧化還原條件的變化,探討寒武紀大爆發(fā)的原因。
然而,海洋生態(tài)系統(tǒng)是由生物和環(huán)境構成的統(tǒng)一整體,具有復雜的物質和能量流動途徑。在這個統(tǒng)一整體中,生物之間、生物與環(huán)境之間相互影響、相互制約,并在一定時期內處于相對穩(wěn)定的動態(tài)平衡狀態(tài)。以往主要關注生態(tài)系統(tǒng)內的消費者動物門類起源演化和環(huán)境變化(氧)兩個方面,沒有將生物與環(huán)境作為統(tǒng)一整體來研究生態(tài)系統(tǒng)的演化。生態(tài)系統(tǒng)內的生產者和分解者的構成、物質循環(huán)等研究還未開展。環(huán)境變化研究不夠全面,對氧之外的其它環(huán)境因素研究不夠充分。可見,目前對寒武紀大爆發(fā)的研究存在嚴重的局限性。要解決這一重大科學問題,需要考慮生態(tài)系統(tǒng)的整體演化,組建涵蓋古生物學、地層學、地質微生物學、地球化學和沉積學等多學科人才團隊,開展全面系統(tǒng)的研究,揭示寒武紀大爆發(fā)時期生態(tài)系統(tǒng)的時空變化規(guī)律。
科學目標
以寒武紀大爆發(fā)時期(埃迪卡拉紀晚期至寒武紀早期)不同沉積相區(qū)、環(huán)境、生物演化階段的代表性生物群和巖性段為研究對象,以生物化石帶為時間標尺,揭示生態(tài)系統(tǒng)的結構、環(huán)境演化特征和生物地球化學過程,探討寒武紀大爆發(fā)時期生態(tài)系統(tǒng)在時間和空間上的差異性,重建演化過程。
西北大學
2021-02-01