进化青睐盛大的开端和戏剧性的结束。多亏了恐龙，我们对后者——突然的灭绝——最为熟悉，但同样壮观，尽管不那么大张旗鼓的创造爆发也曾发生过。弄清楚是什么驱动了这一过程，长期以来一直是科学理论的重点，仅在去年一年，研究人员就提出了关于可能的变革因素的三个新理论，涉及海底火山、饕餮和粪便的进化。
尽管生命早在 35 亿年前就起源于地球，但在最初的 30 亿年里，其进化速度几乎慢得令人麻木。然后，在 5.45 亿年前的寒武纪，生命突然爆发了。正是在那时，今天几乎所有主要的动物类群，包括我们的脊椎动物祖先，都开始了它们的生命。澳大利亚生物地球化学家格雷厄姆·洛根说，有一段时期，动物明显存在，但它们并没有真正腾飞。然后，在寒武纪开始时，动物就爆发了。这是一个相当突然的事情。
为什么会发生这种变化？洛根说，根据化石记录，就在寒武纪大爆发之前的约 4000 万年，海洋中才出现了第一个多细胞动物。当时的海洋仍然由单细胞浮游生物和细菌主导。他指出，其中一些新动物可以像今天的动物一样消化食物，即从一端摄入，从另一端排出。换句话说，它们有肠道，并且会排泄粪便。洛根说，最终是粪便让寒武纪生命大爆发。
在那之前，人们认为海洋中的低氧水平阻碍了动物的进化。生活在水面附近的浮游植物通过光合作用将氧气泵入水中，但动物无法获得氧气——氧气被细菌消耗掉了。细菌正在吞噬缓慢沉入水中的死浮游生物，几乎所有可用的海洋氧气都被用于它们的消化。
出现了生活在水面、以浮游生物为食、携带食物的动物及其粪便颗粒，这些颗粒迅速沉降到海底。水面细菌的食物减少了，它们的数量也随之减少，消耗的氧气也减少了；氧气变得可供其他生物使用，并促进了它们进化成更具活力的形态。
洛根用他和他的同事们——来自澳大利亚地质调查组织和印第安纳大学——从这些生物组织形成的岩石中收集的数据来支持他的理论。特别是，他们研究了两种同位素碳 12 和碳 13 的比例。当动物吃植物或其他动物时，它倾向于优先吸收碳 13。所以，你在食物链中死亡的位置越高，你体内的碳 13 就越多。因此，我们人类比我们吃的牛拥有更多的 C13。
洛根和他的同事们发现，在寒武纪之前，C13 的比例很高，这与细菌主导、缺氧的海洋所期望的一致——食物在水面停留时间很长，形成了非常长的食物链，成波成波的细菌都能吃饱。洛根解释说，每一组细菌都在进来，吃掉前面的物质，并与它们所吃的东西相比，同位素含量变得更丰富。但是，当肠道出现并随之产生快速下沉的粪便颗粒时，食物就没有足够的时间被细菌吞噬。其结果是食物链变短，C13 的比例下降，这在沉积物中得到了反映。其结果是更多的可用氧气、更稳定的环境和一个进化的游乐场。
生命的粪便理论并未吸引所有人。加州大学戴维斯分校的进化生物学家格拉特·维尔梅伊认为，海底火山不仅导致了寒武纪大爆发，还导致了 1.7 亿至 1 亿年前的又一次进化浪潮，当时开花植物和社会性昆虫变得广泛。他说，在这两个时期，海底火山可能都在大规模爆发。这些喷发将深刻地改变地球的气候。来自海底火山喷发的二氧化碳会从海洋进入大气层——在这方面，火山与陆地火山类似，它们向空气中添加温室气体，使地球变暖。但是，尽管陆地火山也会扬起硫化物和其他颗粒物，这些颗粒物会阻挡阳光并导致净冷却效应，但海底火山只会将这些物质分散到海洋中。在没有任何补偿性冷却的情况下，火山造成了巨大的变暖效应。
与今天人类制造的全球变暖不同，这些自然的超强变暖对生命有利。维尔梅伊说，更高的温度能够让你在能量上做很多生物学的事情，原因是，像大多数化学反应一样，生物化学反应在很大程度上依赖于温度。而且在更高的温度下，水的粘度会降低，这意味着更容易游泳、呼吸和进食。你可以跳得更快，移动得更快。他说，其结果就像一个经济体通过更高的生产力而充满活力：生物体谋生方式的多样性更大。
特拉华大学的古生物学家罗纳德·马丁喜欢维尔梅伊和洛根的总体方法。他说，我认为大多数人都会同意，你必须以某种方式打破旧的生态系统，这样生物体才有机会尝试一些不同的东西。但是，在研究了化石和同位素记录之后，马丁选择了一个听起来更具悖论性的解释：他说，海洋中许多进化爆发来自于由食物充裕爆发引起的灭绝爆发。
当陆地上的侵蚀增加，将更多养分输送到海洋，或者当海洋环流加速，将深海中未使用的养分泵上来时，就会出现食物过剩。尽管你可能认为食物的增加对每个人都有好处，但研究表明，这些意外的收获会破坏脆弱的生态系统。马丁解释说，其结果是，那些繁殖速度快的生物将这样做，它们将超越并超过那些繁殖速度慢的生物。它们会占据主导地位，并且会“淹没”整个系统，可以说是这样。它基本上就“爆炸”了。
由此产生的灭绝为进化提供了所需的空间，以便尝试新的策略。马丁说，一旦系统崩溃并开始从幸存者那里重新组织起来，我的解释是，新的生物体更具生产力。使用的碳量似乎相对于可用的养分有所增加。我无法完全解释这一点，只能说某种程度上的干扰被纳入了生态系统。
