生命旋轉

從寒武紀時期岩石中發現的化石記錄了進化史上最令人驚歎的事件之一。從 5.4 億年前開始，地球上的生命呈現出全新的形態。我們今天看到的大部分主要動物類群（門）都是在那時出現的。變化之快，範圍之廣，進化創新大多發生在短短 500 萬年的時間裡；科學家們經常將這一時期稱為“寒武紀大爆發”。

科學家們提出了許多理論來解釋生命多樣化的爆發，但沒有一個理論能完全令人信服。現在，加州理工學院的約瑟夫·L·基爾施溫克和他的同事們認為，他們可能已經解決了他所說的“生物圈中最重要的謎團之一”。基爾施溫克提出，地球上的生命之所以顛倒，是因為地球本身也顛倒了：地球地殼異常快速的重組，速度比正常大陸漂移快幾十倍，引發了劇烈的氣候變化，進而引發了進化的洪流。

支援科學新聞報道

如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來有關塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事。

基爾施溫克和他的合著者（波多黎各大學的羅伯特·L·裡珀丹和同樣來自加州理工學院的大衛·A·埃文斯）在 1997 年 7 月 25 日出版的《科學》雜誌上撰文指出，有幾條證據表明，早寒武世是一個地質劇烈動盪的時期。一個被稱為羅迪尼亞的巨大大陸板塊被撕裂，但碎片幾乎立即重新聚集形成另一個超級大陸岡瓦納。沉積岩記錄了海洋化學成分的突然變化。新的鈾鉛測年技術證明，這些變化都發生在寒武紀大爆發期間，而且是快速同時發生的。

瞭解這個動盪時代的一個方法是，追溯寒武紀早期大陸的詳細運動。透過檢查當時岩石的磁性，可以進行（儘管很難執行）此類重建。當火山岩冷卻時，它們會保留地球磁場的印記；一旦鎖定，岩石中的磁性記錄就不會改變。岩石中磁場的方向和傾斜度表明岩石的緯度和相對於北極的方位。

當基爾施溫克和他的合作者研究來自澳大利亞的岩石時，他們發現該大陸在 5.34 億年前至 5.05 億年前之間旋轉了 90 度。在北美收集的古地磁資料顯示，大陸相對於地球軸也出現了類似的突然錯位。與澳大利亞和北美相關的構造區域覆蓋了地球大陸地殼的三分之二，這使得研究人員得出一個驚人的結論：整個地球表面在地質上短暫的 1500 萬年內旋轉了 90 度。地球地殼的移動速度必須至少為每年 30 釐米，約為正常大陸漂移速度的 10 倍。

埃文斯指出，這種運動違反了至少在過去 2 億年裡一直存在的“板塊構造速度限制”。因此，研究人員懷疑一種不同的機制，稱為真正的極地漂移，是造成這種情況的原因。本質上，他們認為地球的地殼變得如此不平衡，以至於它滑過地幔，直到最初位於兩極的表面部分到達赤道，反之亦然。由於地球的整個固體岩石圈同時移動，真正的極地漂移可以產生比正常大陸漂移快得多的運動，在正常大陸漂移中，各個構造板塊會相互碰撞和研磨。

寒武紀早期的快速地質漂移本會對地球上的生命產生重大推動作用。“在全球漂移過程中[真正的極地漂移]事件中反覆發生的地質重組，應該會使任何已建立的大型生態系統分裂，從而產生更小、更孤立的種群，並導致現有群體之間的進化分支率更高，”作者寫道。氣候和海洋環流的一系列重大變化可以解釋為什麼與前寒武紀相比，進化創新的速度提高了約 20 倍。

基爾施溫克的分析並沒有證明僅大陸重組就造成了寒武紀大爆發。其他可能的解釋（包括大氣中氧氣含量的上升和第一批真正的食肉動物的出現）也可能發揮了作用。但基爾施溫克相信，真正的極地漂移為理解寒武紀的地質和生物學提供了一個重要的新工具——寒武紀孕育了著名的伯吉斯頁岩，是生命程序中一個戲劇性的轉折點。