在地球生物进化史上，寒武纪是非常重要和关键的时代。寒武纪是古生代的第一个纪，约开始于5.43亿年前，结束于4.9亿年前。基本就是在寒武纪开始后的短短数百万年时间里，包括现今动物几乎所有门类祖先在内的大量多细胞生物突然出现，但在更为古老的地层中却没有找到这些动物的祖先化石，在生物考古学上，这些突然出现的种类繁多的生物化石，代表着在那个时期地球上突然出现了众多的生物物种，这被古生物学家称作寒武纪生命大爆发。

        地球上最早的生命大约诞生在近40亿年前，而绝大部分时间都是以单细胞形式存在，像是细菌和蓝绿藻之类的。演化缓慢，几乎没有留下肉眼可见的痕迹。但是到了寒武纪时期，生命的形式突然变得多样化起来，我们现在熟悉的几乎所有动物的祖先（节肢动物、软体动物、腕足动物、环节动物和原始的脊椎动物等）一下子都出现了。

        在寒武纪一开始，就出现寒武纪生命大爆发的第一幕（约5.4亿年前），出现大量个体微小的原始硬壳无脊椎动物（称为小壳动物群），例如软舌螺、单板类、腹足类、喙壳类、腕足类和分类位置不明的棱管壳、齿形壳等。

早寒武世澄江动物群复原图

        约5.3亿年前为寒武纪生命大爆发的主幕，在中国云南澄江早寒武世地层中发现的澄江动物群是它的一个窗口，生动地再现了5.3亿年前海洋生命的壮丽景观和各门类动物的生态和原始特征。澄江动物群有多孔动物门、栉水母动物门、线形虫动物门、鳃曳动物门、动吻动物门、叶足动物门、腕足动物门、软体动物门、节肢动物门、棘皮动物门、半索动物门、尾索动物门、脊椎动物门等古老代表。以节肢动物、蠕虫、海绵动物为主，脊椎动物最原始的鱼的出现极为重要。它们展示出生态的多样性，并有真正的食肉动物存在。各个动物门类几乎是在很短时间内突然出现的。

        当然，这里的“很短的时间”，并不是用几十年、一百年来衡量的，而是用古生物学家的时间观念来衡量的。在古生物学家看来，几千万年都是很短的时间，而寒武纪生命大爆发，在古生物学家眼中，就像非常短时间生物界的大爆炸一样。但实际上持续了2000万年到2500万年左右。

        进化论的反证

        达尔文在《物种起源》中也提到了这一现象，对此也迷惑不解，并且认为这会被用做反对其进化论的有力证据。因为按照达尔文进化论，生物进化经历了从水生到陆地、从简单到复杂、从低级到高级的漫长演变过程。寒武纪大爆发显然和达尔文的理论不匹配。

不过他也拿出了可信的解释：寒武纪的动物一定是来自前寒武纪动物的祖先，它们也是经过很长时间的进化过程才出现的，这些动物化石出现的突然性和前寒武纪动物化石的缺乏，是由地质记录的不完全或是由于老地层淹没在海洋中的缘故造成的，相信会有新的地质证据会解释这一现象。

        也曾有观点认为，寒武纪生命爆发是一种假象。但上世纪80年代以来，随着越来越多化石被发现，人们更倾向于认为寒武纪大爆发是真实事件。但是这些化石证据也是只能告诉我们细节，却不能告诉我们原因。寒武纪大爆发为何发生、爆发的过程又是怎样的？

        猜想：“收割者”说

        有研究者认为，收割原则可以来解释这次生命大爆炸。这里的收割，就是收割庄稼的收割，我们可以简单地认为是食物链上游的生物。当一个地方没有收割者的时候，这个地方一定是被少数几种物种占据的，它们没有天敌，生存环境也比较稳定，所以形态在很长时间里都没什么变化。而一旦出现收割者，收割者会更愿意捕食数量多的物种。这就为那些本来数量不太多的物种腾出了生活空间，让它们有机会发展壮大，生物的多样性也就这么丰富起来了。

        科学家假设，在寒武纪早期收割者出现了，它们以蓝绿藻为食。收割者吃掉的蓝绿藻越多，也就腾出了更多的生存空间。改变了藻类生存的生物环境，也促进了藻类的变异，让生物变得更加多样，就这样相互影响着，整条食物链开始快速延伸，最终在短短2000万年里，诞生了大量的新物种。那最早的收割者是谁呢？科学家猜测，很可能只是软体动物，所以它们在地层里没办法留下化石。不过也有一些间接证据，比如蓝绿藻留下的生存痕迹在寒武纪早期的地层里比较常见，而在之后的地层里就不多见了。这说明在寒武纪早期，可能有收割者出现，吃掉了大量的蓝绿藻，所以之后的地层里蓝绿藻数量锐减。

        也有研究者推测是地理环境的剧变导致了生物种类的剧增。地球地质的变化有两种，一种是漫长的不变，另一种是突发的剧变。小行星撞击、地震、火山爆发，都是突然发生的局部地质剧变，这会引起地理环境突然变化，而地理环境剧变，会让生物进化的速度突然加快。

        大爆发受控于大气和海洋的氧气含量

        虽然关于寒武纪生物大爆发的原因有很多推论，但比较受到广泛认同的是地球大气层中氧气突然增多造成的。因为大量蓝绿藻的呼吸作用，地球大气中终于有了足够的氧原子，它们变成了氧气和臭氧。充足的氧气能让多细胞生物呼吸，而新出现的臭氧层又能阻止太阳紫外线的杀伤作用，这就具备了多细胞生物出现的条件。富足的氧气使得生物有了大爆发的条件，而良好的气候环境和生态环境则为生物爆发提供了生命物资基础。

        研究人员通过高精度的地球化学研究数据发现，在寒武纪大爆发高峰时期，海水含氧量快速增加，与动物化石多样性变化高度吻合。而在距今5.14亿年之后的大约200万年间，海水普遍缺氧，巧合的是这一时间内发生了全球性寒武纪动物群的大灭绝。

        不过，关于寒武纪生命大爆发仍有多道谜题等待科学家解答。生物的演化与地球地质、气候、环境等各方面的演变都互有关联，不同学科的研究成果交叉探讨，才能破解寒武纪生命大爆发的真相。