寒武纪大爆炸:
地质学家报导,在非洲和澳洲找到三十亿年前的沉积岩,至今未曾变质,而且其中还含有单细胞生物的化石。稍微年轻一点的沉积岩中又有叠层石 (stromatolites) ,那是一层层行光合作用的细菌和沉积物结合后在浅海中留下的遗迹。但前寒武纪的化石几乎都属单细胞的生物,直到寒武纪的前夕。
比寒武纪稍微早一点,首次发现多细胞生物的化石是在澳洲南部的埃迪卡拉山 (Ediacara Hills) 的石层中。继而在全球多处也找到。有些古生物学家辩称:埃迪卡拉生物 (Ediacaran) 是后来寒武纪动物的祖先。但其它的古生物学家却认为,埃迪卡拉生物跟任何其它形式的生命完全不同,所以应该归入另外一个新的生物界。英国古生物学家摩利斯 (Simon Conway Morris) 相信埃迪卡拉生物化石中至少有一部分是动物;但他坚持寒武纪各种动物中并没有一种是埃迪卡拉生物的后裔。摩利斯 于1998年写道:「除了少数仍然存活之外,埃迪卡拉生物属于一个非常离奇的世界,与我们较为熟悉的寒武纪化石相比,两者有很明显的差异。」
在寒武纪之前,还有二条多细胞动物起源的线索。一是小壳动物化石群(small shelly fauna) ,其中有很多微小的、与现有动物迥然不同的化石。二叫生痕化石 (trace fossils) ,那是一些生物留下的痕迹,包括动物在海底沙泥中的爬痕及钻孔。这些可能是多细胞的虫类的爬痕。但是,除了生痕之外,包括少数残留的埃迪卡拉生物在内,并没有其它的化石证据能将寒武纪的动物跟更早的生物拉上关系。如今我们在前寒武时代已找到相当好的化石纪录,但它们并没有为达尔文的理论提供任何长期、渐渐分化的左证。
虽然达尔文都知道动物化石在寒武纪突然出现,但是我们对整件事的真相到1980年代还未清楚。要等到古生物学家韦亭顿(Harry Whittington)、布理格斯(Derek Briggs) 和摩利斯(Simon Conway Morris)开始重新分析了早年就发现的布吉斯 (Burgess Shale)页岩之后才出现一些眉目。八十年代也可以算是化石研究的一个里程碑,因为发现了另外两处跟布吉斯 相似的化石床。那就是格陵兰北部的西里斯帕西特(Sirius Passet) 和中国南部的澄江 (Chengjiang)。这些地方都有大量奇形怪状的动物在寒武纪出现的报导。其中澄江的化石似乎最早,保存得最好,而且还包含了很可能是脊椎动物〔鱼〕 的化石。
寒武纪所跨越的时期,特别是寒武纪大爆炸的年代,有长短不同的说法。最近估计寒武纪大爆炸大约是五到六亿年之前。1993年,地质学家鲍林 (Samuel Bowring) 与合作者综合了现有的石层和放射性测试的证据结论说:寒武纪的开始大约是在五亿四千四百万年前。寒武纪大爆炸的开始,动物化石大量出现的时候,是五亿三千万年前,大爆炸的过程最多只有五百万,不到一千万年。(一 千万年对人类来说是一段很长的时间,但在地质学来说只是很短的一刻,等于寒武纪至今的2% 而已。) 寒武纪大爆炸中大多数现存的动物门都出现了,并且还有一些现在已灭绝的动物门。( 3-4)
根据古生物学家华伦泰等(James Valentine, Stanley Awramik, Philip Signor, and Peter Sadler) 说: 「在化石的纪录中,那最可观的证据是(当寒武纪初期):很多不同的现存的和已灭绝的动物门突然出现。」在一段不及几百万年的时间内,很多不同的、属于门和纲的动物体形构造蓝 (animal body plan) 在那时首次出现。」华伦泰 与同事结论说,寒武纪大爆炸「比过去想象的更大、更突然。」