カンブリア爆発

岩石に含まれる放射性元素の分析によって得られるカンブリア紀の大部分の放射年代測定データは、ごく最近になってようやく入手可能になったばかりであり、しかも対象地域はごくわずかである。

相対年代測定（AがBより前だった）は進化の過程を研究するのに十分であるとよく考えられているが、異なる大陸間で同じ年代の岩石を照合することに伴う問題のため、これもまた困難であった。^{[ 32 ]}

したがって、より良いデータが入手可能になるまでは、日付や一連の出来事の説明は、ある程度注意して扱うべきである。2004年には、カンブリア紀の始まりは542 Maとされた。^{[ 33 ]} 2012年には541 Maに修正され^{[ 34 ]}、2022年には再び538.8 Maに変更された。^{[ 2 ]}

カンブリア爆発は、ロディニア大陸の分裂後に形成されたゴンドワナ大陸の最終段階で起こり、ローレンシア大陸と西ゴンドワナ大陸の間にイアペタス海が開いた時期と重なったという説もある。^{[ 35 ] [ 36 ]}カンブリア紀最大の動物相地域はゴンドワナ大陸周辺に位置し、ゴンドワナ大陸は北緯の低緯度から南緯の高緯度まで、南極のすぐ手前まで広がっていた。カンブリア紀中期から後期にかけて、地溝帯の拡大が続き、古大陸のローレンシア、バルティカ、シベリアはそれぞれ別の道を歩むことになった。^{[ 37 ]}

生物の体の化石は、通常、最も情報量の多い証拠です。化石化はまれな出来事であり、ほとんどの化石は観察される前に侵食や変成作用によって破壊されます。したがって、化石記録は非常に不完全であり、より古い時代を考慮するほど不完全になります。それにもかかわらず、化石記録は生命の歴史のより広範なパターンを示すのに十分である場合が多いです。 ^{[ 38 ]}また、化石記録には偏りがあります。異なる環境は、異なる種類の生物または生物の一部を保存するのに有利です。^{[ 39 ]}さらに、軟体動物の殻のように、すでに鉱物化していた生物の部分だけが通常保存されます。ほとんどの動物種は軟体動物であるため、化石になる前に腐敗します。その結果、30以上の現生動物門が知られていますが、その3分の2は化石として発見されたことがありません。^{[ 23 ]}

カンブリア紀の化石記録には、軟組織が保存されているラガーシュテッテンが非常に多く含まれています。これにより、古生物学者は動物の内部構造を調べることができます。他の堆積物では、動物の内部構造は殻、棘、爪などでしか表されておらず、そもそも保存されているかどうかもわかりません。最も重要なカンブリア紀のラガーシュテッテは、カンブリア紀初期の澄江（中国雲南省）の茂天山頁岩層とシリウス・パセット（グリーンランド）^{[ 40 ]}、カンブリア紀中期のバージェス頁岩（カナダ、ブリティッシュコロンビア州）^{[ 41 ]}、カンブリア紀後期のオルステン（スウェーデン）化石層です。

ラガーシュテッテンは従来の化石記録よりもはるかに多くのものを保存していますが、完全とは程遠いものです。ラガーシュテッテンは（例えば土砂崩れによって軟体動物が非常に早く保存されるような）狭い範囲の環境に限定されているため、ほとんどの動物はおそらく含まれていません。さらに、ラガーシュテッテンを形成する例外的な条件は、通常の生活条件を代表するものではないと考えられます。^{[ 42 ]}また、既知のカンブリア紀のラガーシュテッテンはまれで年代測定が困難であり、先カンブリア紀のラガーシュテッテはまだ詳細に研究されていません。

化石記録がまばらであるということは、生物は通常、化石記録に発見されるずっと前から存在していたことを意味する。これはシグナー・リップス効果として知られている。^{[ 43 ]}

2019年、中国湖北省淡水河で青江生物群として知られる「驚くべき」化石群集が発見されたと報告された。クラゲ、イソギンチャク、蠕虫などの軟体動物のほか、海綿動物、節足動物、藻類など、2万点以上の化石標本が収集された。一部の標本では、筋肉、鰓、口、腸、目などの軟組織が見えるほど内部構造が十分に保存されていた。これらの化石は5億1800万年前のものと推定され、報告時点で確認された種の約半分はこれまで知られていなかった。^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}

生痕化石は主に足跡や巣穴から成りますが、糞石（化石化した糞）や摂食によって残された痕跡も含まれます。^{[ 47 ] [ 48 ]}生痕化石は、化石化しやすい硬い部分を持つ動物に限定されないデータソースであり、生物の行動を反映しているため、特に重要です。また、多くの生痕は、生痕を形成できたと考えられる動物の体化石よりもかなり古い時代のものです。^{[ 49 ]}生痕化石をその形成者に正確に割り当てることは一般的に不可能ですが、生痕は、例えば、中程度の複雑さを持つ動物（ミミズに匹敵する）の出現に関する最も初期の物理的証拠を提供する可能性があります。^{[ 48 ]}

いくつかの化学マーカーは、カンブリア紀の始まりの頃に環境が劇的に変化したことを示している。これらのマーカーは大量絶滅^{[ 50 ] [ 51 ]} 、またはメタン氷の放出による大規模な温暖化^{[ 52 ]}と一致している。 このような変化はカンブリア爆発の原因を反映している可能性があるが、爆発の可能性のある結果である生物活動の増加によって生じた可能性もある^{[ 52 ]} 。これらの不確実性にもかかわらず、地球化学的証拠は、科学者が可能性のある環境変化の少なくとも1つと一致する理論に焦点を当てるのに役立つ。

系統分類学は、生物群の「系統樹」を作成する手法です。この手法は、グループBとCがグループAよりも互いに類似点が多い場合、BとCはグループAよりも互いに近縁であるという論理に基づいています。比較される特徴は、脊索の有無などの解剖学的特徴、またはDNAやタンパク質の配列を比較する分子的な特徴です。分析が成功すると、共通の祖先を持つと考えられるグループ（クレード）の階層構造が得られます。系統分類学の手法は、翅やカメラ眼などの一部の特徴が収斂進化によって複数回出現している場合など、問題が生じることがあります。分析においては、この点を考慮する必要があります。

これらの関係性から、系統が最初に現れた時期を絞り込むことができるかもしれない。例えば、BまたはCの化石がX 百万年前のもので、計算された「家系図」でAがBとCの祖先であると示されている場合、AはX百万年以上前に進化していたに違いない 。

DNA変異が一定の速度で蓄積すると仮定すれば、2つの現生系統群がいつ分岐したか、つまりそれらの最後の共通祖先がいつ頃生きていたかを推定することも可能だ。しかし、これらの「分子時計」は不完全であり、非常に大まかなタイミングしか提供しない。カンブリア爆発で特徴的なグループが最初に進化した時期を推定するには十分な精度と信頼性がなく^{[ 53 ]}、異なる手法で得られた推定値は2倍の差がある^{[ 54 ]} 。しかし、分子時計は分岐速度の目安を与えることができ、化石記録の制約と組み合わせると、最近の分子時計はエディアカラ紀とカンブリア紀を通して多様化が持続した期間を示唆している^{[ 55 ] 。}

門は、リンネ式分類体系における生物の最高位の分類レベルです。門は、一般的な体構造に基づいて動物をグループ分けしたものと考えることができます。^{[ 57 ]}生物の外見は一見異なっていても、内部構造や発生構造に基づいて門に分類されます。^{[ 58 ]}例えば、クモとフジツボは明らかに違いがありますが、どちらも節足動物門に属します。一方、ミミズとサナダムシは形は似ていますが、異なる門に属します。化学検査や遺伝子検査の精度が向上するにつれて、以前に仮説として立てられた門はしばしば完全に再検討されます。

門は、電子と陽子の違いのような、自然界の基本的な区分ではありません。それは、現在生きているすべての生物を記述するために作成された分類システムにおける、非常に高次のグループにすぎません。このシステムは、現代の動物でさえ不完全です。さまざまな書籍で異なる門の数が挙げられていますが、これは主に、膨大な数の蠕虫のような種の分類について意見が一致しないためです。生きている生物に基づいているため、絶滅した生物をうまく、あるいは全く考慮に入れることができません。^{[ 23 ] [ 59 ]}

幹群の概念は、生きているグループの進化上の「叔母」や「いとこ」を網羅するために導入され、この科学理論に基づいて仮説が立てられてきました。冠群は、近縁の生きている動物のグループと、それらの最後の共通祖先と、そのすべての子孫のグループです。幹群は、冠群の最後の共通祖先よりも前の時点で系統から分岐した一連のものです。これは相対的な概念であり、たとえばクマムシはそれ自体で冠群を形成する生きている動物ですが、Budd (1996) はクマムシを節足動物の相対的な幹群でもあるとみなしました。^{[ 56 ] [ 60 ]}

皮膚（外胚葉）

筋肉（中胚葉由来）

体腔

内臓​

膜（腹膜）

腸（内胚葉）

体腔動物は基本的に同心円状の管の集合体であり、腸と外側の管の間には隙間がある。

三胚葉性とは、単細胞の卵から幼生または稚魚へと動物が発生するごく初期段階で、胚の中で形成される3つの層から構成されていることを意味します。最も内側の層は消化管（腸）を形成し、最も外側の層は皮膚を形成し、中間の層は筋肉と消化器系を除くすべての内臓を形成します。現存する動物のほとんどは三胚葉性ですが、最もよく知られている例外は海綿動物（スポンジ）と刺胞動物（クラゲ、イソギンチャクなど）です。

左右相称動物は、生涯のある時点で左右の側を持つ動物です。これは、上面と下面、そして重要なことに、明確な前部と後部を持つことを意味します。既知の左右相称動物はすべて三胚葉性であり、既知の三胚葉性動物はすべて左右相称です。現生の棘皮動物（ヒトデ、ウニ、ナマコなど）は左右相称ではなく放射対称（車輪のような）に見えますが、その幼生は左右対称であり、初期の棘皮動物の一部は左右対称であった可能性があります。^{[ 61 ]}海綿動物と刺胞動物は放射対称であり、左右相称ではなく、三胚葉性でもありません（ただし、左右相称動物と刺胞動物の共通祖先のプラヌラ幼生は左右対称であったと考えられています）。

体腔動物とは、内臓を収容する体腔（体腔）を持つ動物のことです。カンブリア爆発に関する議論で取り上げられる動物門のほとんどは体腔動物です。節足動物、環形動物、軟体動物、棘皮動物、脊索動物などです。体腔を持たない鰓曳動物は重要な例外です。既知の体腔動物はすべて三胚葉性左右相称動物ですが、体腔を持たない三胚葉性左右相称動物もいます。例えば、扁形動物は、臓器が特殊化されていない組織に囲まれています。

ある種の化石の量と多様性の変化は、動物や他の生物による「攻撃」の証拠として解釈されてきた。微生物のコロニーによって作られたずんぐりとした柱状のストロマトライトは、約27 億年前の化石記録の主要な構成要素であるが、その量と多様性は約12億5000 万年前以降に急激に減少した。この減少は、草食動物や穴掘り動物による破壊に起因するとされている。^{[ 29 ] [ 30 ] [ 62 ]}

先カンブリア時代の海洋生物の多様性は、アクリタークと呼ばれる小型化石によって支配されていました。この用語は、小型多細胞動物の卵嚢から、さまざまな種類の緑藻の休眠嚢まで、ほぼすべての小型有機壁化石を指します。約20億年前に出現した後、アクリタークは約10億年前に爆発的に増加し、個体数、多様性、サイズ、形状の複雑さ、特に棘のサイズと数が増加しました。過去10億年間の棘の増加は、捕食に対する防御の必要性の増大を示している可能性があります。新原生代の他の小型生物群も、捕食者に対する防御の兆候を示しています。^{[ 62 ]}分類群の寿命を考慮すると、この時期の捕食圧の増加を裏付けているようです。^{[ 63 ]}  

一般的に、化石記録は先カンブリア時代にこれらの生命体が非常にゆっくりと出現したことを示しており、多くのシアノバクテリア種が下層の堆積物の大部分を構成している。^{[ 64 ]}

エディアカラ紀の初めには、数億年にわたって比較的変化がなかったアクリターク動物相の大部分が絶滅し、より大型の新しい種に取って代わられたが、それらははるかに短命であることが判明した。 ^{[ 64 ]}化石記録で最初のこの放散^{[ 64 ]}に続いて、エディアカラ生物群と呼ばれる見慣れない大型の化石群がすぐに現れ、^{[ 65 ]}カンブリア紀の始まりまで4000万年間繁栄した。^{[ 66 ]}この「エディアカラ生物群」のほとんどは少なくとも数センチメートルの長さで、それ以前のどの化石よりもかなり大きかった。これらの生物は3つの異なる群集を形成し、時間の経過とともにサイズと複雑さが増した。^{[ 67 ]}

これらの生物の多くは、それ以前やそれ以降に現れたものとは全く異なり、円盤状、泥で満たされた袋状、またはキルティングされたマットレス状であった。ある古生物学者は、最も奇妙な生物は独立した界であるヴェンドゾアに分類されるべきだと提唱した。^{[ 68 ]}

少なくとも一部は、「カンブリア爆発」論争の中心にある門の初期形態であった可能性があり、初期の軟体動物（キンベレラ）^{[ 31 ] [ 69 ]} 、棘皮動物（アルカルア）^{[ 70 ]}、節足動物（スプリギナ、^{[ 71 ]}パルヴァンコリナ、^{[ 72 ]}イリンギア）と解釈されてきた。しかし、これらの標本の分類については議論があり、その主な理由は、分類学者が現生生物との類似性など、より新しい生物を分類するのに役立つ診断的特徴が、エディアカラ類には一般的に存在しないためである。^{[ 73 ]}しかし、キンベレラが少なくとも三胚葉性の左右相称動物であったことはほぼ間違いないと思われる。 ^{[ 73 ]}これらの生物は、カンブリア爆発がどれほど急激であったかについての議論の中心となっている。もしそれらの生物の一部が今日見られる動物門の初期のメンバーであったとすれば、これらの生物すべてが無関係な「実験」を表し、その後比較的すぐに（進化論的および地質学的な基準からすれば4000万年は「すぐに」である）動物界に取って代わられたと仮定した場合よりも、「爆発的」な進化ははるかに穏やかに見えるだろう。

エディアカラ紀の海底を覆っていた微生物マットの上やその直下を移動していた生物の痕跡は、約5億6500 万年前のエディアカラ紀から保存されている。^{[ c ]}それらは、形、大きさ、動き方がミミズに似た生物によって作られたと考えられている。穴を掘った生物は保存された状態で発見されたことはないが、頭と尾が必要なため、穴を掘った生物は左右対称であったと考えられ、おそらく左右相称動物であっただろう。^{[ 76 ]}それらは堆積物の表面上で餌を食べていたが、捕食者を避けるために穴を掘らざるを得なかった。^{[ 77 ]}

生痕化石（巣穴など）は、周囲にどのような生命が存在していたかを示す信頼できる指標であり、カンブリア紀の始まり頃に生命が多様化し、淡水域が海洋とほぼ同じ速さで動物によって植民地化されたことを示している。^{[ 78 ]}

「小型殻動物群」として知られる化石は世界の多くの地域で発見されており、カンブリア紀の直前からカンブリア紀開始後約1000万年（ネマキト・ダルディニアン期とトムモティアン期、タイムライン参照）に遡る。これらは、棘、骨片（装甲板）、管、アーケオキアトゥス類（海綿動物）、腕足類やカタツムリのような軟体動物の殻によく似た小型の殻など、非常に多様な化石の集まりであるが、すべて小さく、ほとんどが長さ1～2mm である。^{[ 79 ]}

これらの化石は小さいものの、それらを生成した生物の完全な化石よりもはるかに多く見つかります。重要なのは、カンブリア紀の始まりから最初の化石層（ラガーシュテッテン）までの期間を網羅していることです。この期間は、通常化石がほとんど見つかっていない時代です。したがって、これらの化石は従来の化石記録を補完し、多くの生物群の化石分布範囲を拡大することを可能にします。

刺胞動物の幼生としては、 Eolarva属に代表されるものがカンブリア紀に出現したが、Eolarvaが刺胞動物の幼生であるかどうかは議論の余地がある。もしEolarvaが刺胞動物の幼生であるとすれば、Eolarvaはカンブリア紀初期における多細胞動物の間接発生の最初の化石証拠となるだろう。^{[ 80 ]}

メデューサ類はカンブリア爆発期にメデューサ期を含む複雑な生活環を発達させた。これはBurgessomedusa phasmiformisの発見によって証明されている。^{[ 81 ]}

最も古い三葉虫の化石は約5億3000万年前のものですが、この分類群はすでにかなり多様で世界中に分布しており、かなり長い間存在していたことを示唆しています。^{[ 82 ]} 三葉虫の化石記録は、三葉虫が起源の時代からではなく、鉱物の外骨格を持つ三葉虫の出現から始まっています。

甲殻類は、現代の節足動物の4つの主要なグループの1つですが、カンブリア紀を通じて非常にまれです。バージェス頁岩型の生物相では、かつては甲殻類が一般的であると考えられていましたが、これらの個体のいずれも「真の甲殻類」の冠群に属すると証明することはできません。^{[ 83 ]}冠群甲殻類のカンブリア紀の記録は微化石から得られています。スウェーデンのオルステン層には後期カンブリア紀の甲殻類が含まれていますが、2 mmより小さい生物のみが 保存されています。このため、データセットは幼体と小型化した成体に限定されます。

より有益なデータソースは、カナダのマッケンジー山脈にあるマウントキャップ層の有機微化石です。この前期カンブリア紀後期（5億1000万年 前から 5億1500万年前）の群集は、岩石がフッ化水素酸で溶解されたときに残る節足動物のクチクラの微細な断片で構成されています。この群集の多様性は、現代の甲殻類動物相の多様性と似ています。この層で見つかった摂食器官の断片の分析によると、非常に精密で洗練された方法で摂食するように適応していたことがわかります。これは、摂食付属肢で掴めるものは何でも口に詰め込んで雑に摂食していた他のほとんどの前期カンブリア紀の節足動物とは対照的です。この洗練された特殊化された摂食器官は、大型（約30cm  ）^{[ 84 ]}の生物のものであり、多様化の大きな可能性を提供したと考えられます。特殊化された摂食器官は、摂食と発達に対するさまざまなアプローチを可能にし、食べられないようにするためのさまざまなアプローチを生み出します。^{[ 83 ]}

最も初期の一般的に認められている棘皮動物の化石は後期アトダバニアンに現れました。現代の棘皮動物とは異なり、これらの初期のカンブリア紀の棘皮動物はすべて放射対称ではありませんでした。^{[ 85 ]}これらは爆発的進化の「終わり」に関する確固たるデータポイントを提供するか、少なくとも現代の門の冠群が存在していたことを示しています。

カンブリア紀の始まり頃（約5億3900 万年前）には、ディプロクラテリオンやスコリトスなどのよく知られた垂直の巣穴や、クルジアナやルソフィカスなどの節足動物に通常帰属される痕跡など、多くの新しいタイプの痕跡が初めて出現した。垂直の巣穴は、蠕虫のような動物が新しい行動、そしておそらく新しい身体能力を獲得したことを示している。カンブリア紀の痕跡化石の中には、必ずしも鉱物化していなかったものの、それらを作った生物が硬い外骨格を持っていたことを示すものもある。 ^{[ 75 ]}メイオファウナ類とマクロファウナ類の左右相称動物が、この底生動物のニッチへの侵入に参加した。^{[ 86 ]}

巣穴は複雑な生物の存在を確固たる証拠として示しており、体化石よりもはるかに保存されやすいため、痕跡化石の欠如は、大型で運動性のある底生生物が実際に存在しなかったことを示唆する根拠として用いられてきた。巣穴は、カンブリア爆発が真の多様化であり、保存上のアーティファクトではないことを示すさらなる証拠となる。^{[ 87 ]}

エディアカラ紀後期からカンブリア紀最下部（ネマキト-ダルディニアン期）にかけての骨格化石は、管状構造物や問題のある海綿骨片である。[88] 最古の海綿骨片は、約5億8000万年前の単軸珪質で、中国のドゥシャンツォ層^{やモンゴルの}同時代 の堆積物から知られているが、これらの化石を骨片と解釈することには異論がある。^{[ 89 ]}エディアカラ紀後期からカンブリア紀最下部にかけて、謎めいた生物の管状住居が多数出現した。有機壁の管（例：サーリナ）やサベリディテス類のキチン質の管（例：ソコロヴィーナ、サベリディテス、パレオリーナ）^{[ 90 ] [ 91 ]}が、トムモティアン期の初めまで繁栄した。炭酸塩岩から発見されたCloudina、Namacalathus、Sinotubulitesおよび他の十数種の生物の鉱化チューブは、5億4900万年前から5億4200万年前のエディアカラ紀末期に形成され、また、最上部エディアカラ紀および下部カンブリア紀のアナバリテス類（例：Anabarites、Cambrotubulus）の三放射対称の鉱化チューブも同様である。^{[ 92 ]}エディアカラ紀の鉱化チューブは、ストロマトライト礁やスロンボライトの炭酸塩岩によく見られる。^{[ 93 ] [ 94 ]}つまり、それらは大多数の動物にとって不利な環境で生息できた可能性がある。  

他のほとんどのエディアカラ生物と同様に分類が難しいものの、2つの点で重要である。第一に、これらは既知の最古の石灰化生物（炭酸カルシウムから殻を作る生物）である。^{[ 94 ] [ 95 ] [ 96 ]}第二に、これらの管は基質や競合相手の上に乗り上げて効果的に摂食するための装置であり、程度は低いものの、捕食者や環境の悪条件から身を守るための装甲としても機能する。一部のクラウディナの化石には殻に小さな穴が開いている。これらの穴は、殻を貫通できるほど進化した捕食者による穿孔の証拠である可能性がある。^{[ 97 ]}捕食者と被食者の間の「進化的な軍拡競争」の可能性は、カンブリア爆発を説明しようとする仮説の1つである。^{[ 62 ]}

カンブリア紀最下部では、ストロマトライトが壊滅的な被害を受けた。これにより、炭酸塩堆積物のある温水プールへの動物の定着が可能になった。最初は、アナバリテス類とプロトヘルツィナ（毛顎動物の掴むための棘の化石）の化石であった。貝殻、骨片、棘、板などの鉱物骨格は、ネマキト・ダルディニアン最上部に出現した。これらは、ハルキエリ類、腹足類、ヒオリテス類、その他の希少な生物の初期種であった。歴史的には、トモチアン期の始まりは、軟体動物、ヒオリテス類、海綿動物の化石の数と種類の爆発的な増加、未知の動物の骨格要素の豊富な複合体、最初のアーケオキアトゥス類、腕足類、トモチ類などの出現を示すものと理解されている。^{[ 98 ] [ 99 ] [ 100 ] [ 101 ]}また、クシクラゲ類、鱗板類、肛門類、カブトガニ類、葉足類などの軟体動物の現生門にも装甲形態があった。^{[ 102 ]}この急激な増加は、トモティアン型断面の欠落した地層による部分的なアーティファクトであり、実際にはこの動物相のほとんどは、ネマキト-ダルディニアン期からトモティアン期にかけて一連のパルスで多様化し始めた。^{[ 103 ]}

エディアカラ紀にはすでに骨片、棘、板を持っていた動物もいたかもしれない（例えばキンベレラは炭酸塩と思われる硬い骨片を持っていた）が、薄い炭酸塩の骨格は珪砕屑堆積物中では化石化しない。^{[ 104 ]}より古い（約7億5000 万年前）化石は、鉱化作用がカンブリア紀よりずっと前に起こっていたことを示しており、おそらく小さな光合成藻類を単細胞真核生物の捕食者から守っていたのだろう。^{[ 105 ] [ 106 ]}

バージェス頁岩や同様の化石層は生物の軟体部を保存しており、謎めいた化石の分類に役立つ豊富なデータを提供している。これらの層には、鱗片や口器などの散在した部分からしか知られていない生物の完全な標本がしばしば保存されている。さらに、これらの地層に生息する生物や分類群の大部分は完全に軟体動物であるため、他の化石記録には見られない。^{[ 107 ]}生態系の大部分が保存されているため、群集の生態も暫定的に再構築することができる。 しかし、これらの群集は「博物館」のようなものかもしれない。つまり、急速に多様化している浅瀬の動物相よりも進化的に「遅れている」深海生態系である。^{[ 108 ]}

ラガーシュテッテはカンブリア紀以外ではほとんど見られない保存状態と保存様式を提供するため、多くの生物は従来の化石記録から知られているものとは全く異なる姿をしている。このため、初期の研究者たちはこれらの生物を既存の門に無理やり当てはめようと試みた。しかし、このアプローチの欠点から、後の研究者たちはこれらの異質な生物をすべて収容するために多数の新しい門を設立することになった。その後、ほとんどの異質な生物は、今日知られている門を確立する前に系統から分岐していたことが認識されるようになった。つまり、わずかに異なる設計であり、近縁の系統のように門へと発展するのではなく、滅びる運命にあったのである。

保存様式は先行するエディアカラ紀ではまれだが、知られている化石群集には動物の痕跡が全く見られない。これはおそらく、肉眼で見える多細胞動物が実際に存在しなかったことを示唆している。^{[ 109 ]}

バッドとマン^{[ 128 ]}は、カンブリア爆発は「過去の押し出し」と呼ばれる生存バイアスの一種の結果であると示唆した。起源のグループは絶滅する傾向があるため、長生きしたグループは初期に異常に速い多様化率を経験し、多様化率が全体的に加速したという錯覚を生み出したことになる。しかし、多様化率は背景レベルのままであっても、生き残った系統ではこのような効果を生み出す可能性がある。

様々な理論は、動物が胚から成体へと成長する過程で生じるわずかな変化が、最終的な成体の形態に大きな変化をもたらす可能性があるという概念に基づいている。例えば、 Hox遺伝子は、胚の個々の領域がどの器官に発達するかを制御する。例えば、ある特定のHox遺伝子が発現すると、その領域は四肢に発達する。もしその領域で別のHox遺伝子が発現すると（わずかな変化）、代わりに眼に発達する可能性がある（表現型的に大きな変化）。

このようなシステムでは、限られた遺伝子セットから広範囲の差異が生じる可能性があるが、これを爆発的多様化と結びつける理論は、なぜこのような発生システムの起源がそれ自体で多様性や差異の増加につながるのかを説明するのに苦労している。先カンブリア時代の多細胞動物の証拠^{[ 52 ]}は、分子データ^{[ 148 ]}と組み合わさって、爆発的多様化に役割を果たした可能性のある遺伝的構造の多くが、カンブリア紀にはすでに十分に確立されていたことを示している。

この一見矛盾する現象は、発生の物理学に焦点を当てた理論で説明される。単純な多細胞形態の出現により、それまで単細胞機能に役立てられていた遺伝子の産物によって新たな物理的プロセスや効果が活性化されるような、変化した状況と空間スケールがもたらされたと提唱されている。この見解では、形態的複雑性（層、節、内腔、付属器官）は自己組織化によって生じた。^{[ 149 ]}

水平遺伝子伝達は、この期間に生物間で生物鉱化作用の生化学的能力が急速に獲得された要因の一つとして特定されており、その過程における重要なタンパク質の遺伝子がもともと細菌から海綿動物に伝達されたという証拠に基づいている。^{[ 150 ]}

これらは、異なる種類の生物間の相互作用に焦点を当てています。これらの仮説の中には、食物連鎖の変化を扱うもの、捕食者と被食者の間の軍拡競争を示唆するもの、共進化のより一般的なメカニズムに焦点を当てるものなどがあります。このような理論は、多様性と差異の両方が急速に増加した理由を説明するのに適していますが、「爆発」がなぜその時期に起こったのかを説明するものではありません。^{[ 52 ]}

感覚能力と認知能力の向上

アンドリュー・パーカーは、視覚が進化した後に捕食者と被食者の関係が劇的に変化したと提唱した。それ以前は、狩猟と回避はどちらも近距離で行われ、嗅覚（化学受容）、振動、触覚のみが使用されていた。捕食者が遠くから獲物を見ることができるようになると、新たな防御戦略が必要になった。装甲、棘、および同様の防御も視覚に対応して進化した可能性がある。彼はさらに、洞窟などの照明のない環境で動物が視覚を失うと、動物の形態の多様性が減少する傾向があることを観察した。^{[ 154 ]}それにもかかわらず、多くの科学者は視覚が爆発的進化を引き起こしたとは考えていない。目はカンブリア紀が始まるずっと前に進化していた可能性が高い。^{[ 155 ]}また、嗅覚や圧力検出などの他の感覚は、視覚よりも遠くの海中を感知できるが、これらの他の感覚の出現は明らかに進化の爆発を引き起こしていないため、視覚の進化が爆発的進化を引き起こした理由を理解するのは難しい。^{[ 52 ]}

ある仮説では、カンブリア紀における認知能力の向上が生物多様性の増加を促したとされている。これは、カンブリア紀に生まれた新しい生態的生活様式には、脳を持つ生物に特徴的な、迅速かつ規則的な動きが必要であったという事実によって裏付けられる。脳の複雑化は、運動範囲と感覚能力の拡大と正の相関関係にあり、より幅広い新しい生態的生活様式の出現を可能にした。^{[ 156 ]}

進化する生物は、進化する環境を必然的に変化させる。デボン紀の陸地への進出は、堆積物の循環や海洋の栄養分に地球規模の影響を与え、デボン紀の大量絶滅と関連していた可能性が高い。同様のプロセスは、海洋でもより小規模で起こった可能性があり、例えば、海綿動物が水中の粒子を濾過して、より消化しやすい形で泥の中に沈殿させたり、穴を掘る生物が、これまで利用できなかった資源を他の生物が利用できるようにしたりした。^{[ 162 ]}

この爆発は、重要な進化上の出来事ではなかったかもしれない。それは、閾値を超えたことを示しているのかもしれない。例えば、遺伝的複雑性の閾値によって、非常に多様な形態が利用されるようになったのかもしれない。^{[ 164 ]}この遺伝的閾値は、生物が利用できる酸素量と相関関係があるかもしれない。代謝に酸素を使用すると、嫌気性プロセスよりもはるかに多くのエネルギーが生成される。より多くの酸素を使用する生物は、より複雑なタンパク質を生成する機会があり、さらなる進化のテンプレートを提供する。^{[ 130 ]}これらのタンパク質は、より大きく複雑な構造に翻訳され、生物が環境に適応しやすくなる。^{[ 165 ]}酸素の助けを借りて、これらのタンパク質をコードする遺伝子は、複雑な形質の発現に、より効率的に貢献できる可能性がある。より広い範囲の構造と機能にアクセスすることで、生物はさまざまな方向に進化することができ、生息できるニッチの数を増やすことができる。さらに、生物はそれぞれのニッチでより特化する機会を得た。^{[ 165 ]}