物種大爆發與大滅絕全攻略：寒武紀大爆發、五次生物滅絕、標準與指相化石及大考題型解析 | 莫斯利自然科學
在地球漫長的 46 億年歷史中,生命曾歷經無數次沉寂與繁盛。為什麼在 5.4 億年前的寒武紀,地球會在短短的時間內湧現出大量有殼的多細胞生物?而又是什麼樣的環境劇變,讓曾經稱霸地球的恐龍在一夕之間消失得無影無蹤?
一、 地質年代代表與地質年代完整對表
宙 | 代 | 紀 | 世 | 時間(距今百萬年前) | 主要化石及其消長 |
顯生宙 | 新生代 | 第四紀 | 全新世 | 0.01 | |
顯生代 | 新生代 | 第四紀 | 更新世 | 2.58 | 人類祖先「巧人」出現 |
顯生代 | 新生代 | 新第三紀 | 上新世 | 5.33 | |
顯生代 | 新生代 | 新第三紀 | 中新世 | 23 | 哺乳類大量出現 |
顯生代 | 新生代 | 古第三紀 | 漸新世 | 34 | |
顯生代 | 新生代 | 古第三紀 | 始新世 | 56 | 馬出現 |
顯生代 | 新生代 | 古第三紀 | 古新世 | 66 | 胎盤類哺乳動物出現；菊石、恐龍滅絕 |
顯生代 | 中生代 | 白堊紀 | — | 145 | 開花植物出現 |
顯生代 | 中生代 | 侏羅紀 | — | 201 | 鳥類出現 |
顯生代 | 中生代 | 三疊紀 | — | 252 | 恐龍及哺乳動物出現 |
顯生代 | 古生代 | 二疊紀 | — | 299 | 三疊紀末三葉蟲等生物滅絕 |
顯生代 | 古生代 | 石炭紀 | — | 359 | 爬蟲類出現 |
顯生代 | 古生代 | 泥盆紀 | — | 419 | 兩棲類、裸子植物出現 |
顯生代 | 古生代 | 志留紀 | — | 444 | 陸生植物出現 |
顯生代 | 古生代 | 奧陶紀 | — | 485 | 魚類出現 |
顯生代 | 古生代 | 寒武紀 | — | 541 | 三葉蟲等無脊椎動物大量出現 |
元古宙 | — | — | — | 2500 | 化石稀少,10億年前開始出現真核細胞生物,帶狀鐵礦床大量形成 |
太古宙 | — | — | — | 4000 | 35億年前藍綠菌出現 |
冥古宙 | — | — | — | 4600 | 地球生成後至固態地殼穩定 |
二、 顯生宙的三代比較表
顯生宙的三代(古生代、中生代、新生代)代表生物與大事記完整對照如下表:
顯生宙三代 | 時間(百萬年前) | 紀 | 代表生物(標準化石) | 大事記 |
古生代 | 541 至 252 | 寒武紀、奧陶紀、志留紀、泥盆紀、石炭紀、二疊紀 | 海洋:三葉蟲、筆石、魚類 陸地:後期演化出爬蟲類 | 約 4 億年前生物向陸地演化(4 億年以前陸地上無生物活動)。 |
中生代 | 252 至 66 | 三疊紀、侏羅紀、白堊紀 | 海洋:菊石 陸地:恐龍、前期演化出裸子植物、後期演化出開花植物 | 中生代早期大陸僅有一塊,而後漂移形成各大洲。生物棲息地分離,造成物種分歧。 |
新生代 | 66 至 0 | 古第三紀、新第三紀、第四紀 | 海洋:貨幣蟲 陸地:大型哺乳類生物 | 人類出現於新第三紀末。 |
三、 物種「大爆發」與「大滅絕」
46 億年前至今,地球發生數次劇烈的環境改變,造成生物數量及構造上的變化。地球歷史上曾發生過「大爆發」與「大滅絕」:
寒武紀大爆發:
距今 46 億年前至 5 億 4 千萬年前,地球上化石寥寥無幾。
但距今 5 億 4 千萬年的地層中出現大量有殼生物,且生物種類多樣性大量暴增,此時地質年代為寒武紀,故稱為「寒武紀大爆發」。
生物大滅絕事件:
生物滅絕的定義及原因:由化石之數量及種類的變化,可得知地球環境發生改變。在地球歷史中可以發現某些生物在短時間內消失的現象,稱為滅絕。
生物演化與環境變遷的關係:地球歷史上的若干大滅絕事件,均與環境的劇烈變異有極大關聯。以恐龍的滅絕為例,其滅絕的原因與氣候變化、火山爆發、隕石撞擊等造成環境大變動的事件脫離不了關係。
五次大滅絕事件:
海洋生物總數(以「科」為單位),隨時間變化的曲線圖中,在標數字 1 至 5 的時間點,可見生物數量在短時間內(百萬年內)大量減少,為五次大滅絕事件。
滅絕事件發生與環境變遷有關:五次大滅絕中以第三次大滅絕(二疊紀、三疊紀間,即古生代與中生代交界)的生物數量減少最多,而第五次大滅絕事件造成恐龍滅絕。
四、 地層中化石的功能與條件對表
化石是指古代生物的遺跡或遺骸,大多保存在沉積岩中。常見化石的功能與條件完整對照如下表:
化石種類 | 功能 | 例子 | 條件與特性 |
標準化石 | 作為地層分層及劃分地質年代的化石,稱為標準化石。 | 三葉蟲為古生代的標準化石,即岩層中有三葉蟲化石代表地層為古生代地層。 | (1) 演化快。 (2) 生存期限短。 (3) 分布範圍廣。 (4) 個體數量多。 (5) 特徵明顯易鑑定。 |
指相化石 | 能指出沉積當時環境狀況的化石,稱為指相化石。 | 珊瑚為熱帶淺海生物,若在岩層中發現珊瑚化石,代表此岩層沉積當時環境,應為溫暖清澈淺海區。 | (1) 生成化石之生物對環境條件敏感,故生存範圍小。 (2) 因常作為環境變遷對比之用,故生存時間長。 |
五、 講義精選例題解析
【題型一:海洋生物多樣性與五次大滅絕判斷】
圖為 6 億年來,海洋生物種類以「科」為單位的數量變化,圖中數字 1 至 5 代表五次滅絕事件發生的時間分布,下列有關地球環境變化的敘述,何者錯誤? (A) 第三次滅絕事件,在古生代結束之際 (B) 第三次大滅絕事件造成恐龍滅絕 (C) 第五次大滅絕事件在中生代結束之際 (D) 一般認為第五次大滅絕事件的發生,為隕石撞擊造成氣候驟變引發滅絕 (E) 第一次大滅絕發生於古生代
詳細解析:
第三次大滅絕(圖中數字 3)發生在古生代與中生代交界之際(二疊紀末期),是生物數量減少最多的一次。
第五次大滅絕(圖中數字 5)發生在中生代結束之際(白堊紀末期),該次事件造成了恐龍的滅絕。因此選項 (B) 宣稱「第三次大滅絕事件造成恐龍滅絕」是錯誤的敘述。
正確答案: (B)
【題型二:標準化石與指相化石的時空分布圖示判斷】
下列選項圖示中,橫軸為空間分布範圍、縱軸為時間分布範圍,圖中甲、乙代表兩種化石,甲為地層對比依據化石,乙為了解沉積當時環境化石。若希望藉由乙化石,作為地區環境變遷的依據,則甲、乙化石在空間及時間上的分布應為何?
詳細解析:
甲為地層對比依據化石,即標準化石,其特性為生存時間短(縱軸範圍窄)、分布範圍廣(橫軸範圍寬)。
乙為了解沉積當時環境化石,即指相化石,其特性為對環境敏感導致生存範圍小(橫軸範圍窄),但生存時間長(縱軸範圍寬)以利進行環境變遷對比。
對應選項圖示中,符合甲的時間短且空間廣、乙的時間長且空間窄的組合為 (C)。
正確答案: (C)
六、 莫斯利重點整理
寒武紀大爆發的意義: 距今 5.4 億年前寒武紀地層中突然湧現大量有殼生物與多樣性生物,標誌著生物演化史上的重大躍升。
五次大滅絕的關鍵: 地球史上發生過五次生物數量驟減事件。其中規模最大為第三次大滅絕(古生代與中生代交界),而造成恐龍滅絕的是第五次大滅絕(中生代末期)。
化石應用的黃金法則:
標準化石: 生存時間短、分布範圍廣、演化快至定年代。
指相化石: 生存時間長、生存範圍小、對環境敏感至判環境。
