大约在5.4亿年前，地球生命经历了一次进化爆发，孕育出了今天主要的动物类群，包括有脊椎动物和捕食性动物。这次爆发被称为寒武纪大爆发。根据化石记录，当时的动物生命似乎相当稀少，与后来化石记录中出现的生物截然不同。
几十年来，古生物学家一直在寻找解释这种巨大差异的方法。一种主流理论认为，在寒武纪大爆发之前，一场环境灾难消灭了大部分动物生命。然而，一项新的分析表明，在寒武纪开始之前，早期动物已经形成了复杂的生态系统。研究人员检查了世界各地化石床的数据，并确定在晚埃迪卡拉时期（约5.72亿至5.41亿年前）动物多样性可能有所下降。研究团队于5月17日在《公共科学图书馆·生物学》杂志上报道，随着埃迪卡拉生物的专业化程度提高，一些物种跟不上邻居的步伐。
剑桥大学的古生物学家、该研究的合著者艾米丽·米切尔说：“这项研究非常清楚地表明，埃迪卡拉生物实际上是寒武纪的先驱。”“这可以说是寒武纪大爆发的开端。”
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大约30亿年以来，单细胞生物主宰着地球的海洋。最早的动物出现在晚埃迪卡拉时期，一些最古老的生物生活在深水中，外观像植物，有羽毛状的结构从中心茎分叉出来。其他生物则拥有分节的盘状身体。
米切尔说：“这些最古老的埃迪卡拉生物非常独特的一点是它们有奇怪的分形分支——有分支的分支的分支。”“研究埃迪卡拉生物非常困难，因为它们的身体构造与今天活着或在其他化石记录中的任何生物都不同。”
幸运的是——至少对古生物学家来说——许多埃迪卡拉群落被保存在火山爆发、泥石流和其他突发灾难的火山灰和碎片中。米切尔说：“这基本上就像庞贝古城；大家愉快地生活着，然后突然发生了一场大规模的掩埋事件。”“你看到了埃迪卡拉生命的惊人快照。”此外，大多数埃迪卡拉遗骸都没有受到干扰，因为当时还没有食腐动物来挖掘尸体。相反，埃迪卡拉动物通常通过过滤水中腐烂的有机物和浮游生物的碎片来进食。
范德比尔特大学的古地质学家西蒙·达罗克（未参与该研究）说，了解这些生物就是了解地球复杂生命的起源——以及它们在宇宙其他地方存在的可能性。“我们确实需要弄清楚这些生物是什么，它们在群落中是如何形成和互动的，以及在埃迪卡拉-寒武纪边界发生了什么，”达罗克说。“这是地球历史上一个关键的时期。”
为了研究这些动物是如何生活并相互作用的，米切尔和她的合作者检查了86个埃迪卡拉化石床的记录。这些代表了来自世界各地的124个物种，如标志性的 Charnia 和 Dickinsonia。研究作者还审查了此前发表的关于从周围岩石推断出的埃迪卡拉环境条件的数据。研究人员评估了不同物种共同出现的频率以及出现的环境。
在最古老的地点，研究小组发现任何特定物种或栖息地之间的联系很少。但随着更年轻的化石组的出现，这种情况发生了变化。某些生物倾向于聚集在同一地点，而其他生物则从未重叠。埃迪卡拉生物群落的分布也因其所栖息的深度或地理区域而更加明显地不同。
米切尔说：“这告诉我们，这些物种正在适应彼此和它们的环境。”
这种随着时间推移而专业化程度提高的模式，与灾难性事件后的预期情况相反。米切尔的团队观察到，当大规模火山爆发或杀死恐龙的小行星撞击地球时，幸存或之后出现的物种往往是能够适应广泛环境的顽强通才。这与埃迪卡拉生物不符。
她说：“我们看到了生态复杂性的增加。”“尽管物种总数有所减少，但这主要是因为它们在专业化，在寻找自己特定的生态位，而不是因为外部因素在消灭它们。”
米切尔说，还需要进行更详细的分析来确定驱动这些模式的压力。两个物种可能占据同一区域是因为它们有相似的营养需求。或者它们可能从彼此的存在中受益，类似于现在的植物和传粉者。另一对物种可能无法共存，因为它们适合不同的栖息地，或者如果它们共享同一空间，一种动物会比另一种更具竞争力。
达罗克说，在这个阶段，仍然没有足够的证据排除埃迪卡拉末期发生的灾难性灭绝。然而，他补充说，这篇新论文确实表明，埃迪卡拉生态系统“肯定比人们认为的要活跃得多”。
研究人员已经确定，许多动物的创新，如坚硬的外骨骼和捕食行为，起源于埃迪卡拉的最后阶段。达罗克说，这些生物开始进入更专业化的角色并寻找不同的栖息地“在直觉上是合理的”。
他说：“你对埃迪卡拉研究得越多，就越能看到它是一个渐进的渐强。”现代动物群的出现相对缓慢，并且“在寒武纪早期才真正爆发”。“但爆炸的根源，”他补充说，“要深远得多。”
