動物門類在前寒武紀至寒武紀過渡時期(約5.6-5.2億年前)首次在地球上大量出現，這一重大生命演化事件被稱為寒武紀大爆發：在不到地球歷史1%的時間里，誕生了絕大多數動物門類。早在達爾文時代，科學家們就已經認識到動物門類在寒武紀突然出現的現象，1948年P.E. Cloud將之定性為爆發式演化事件，直至今天，寒武紀大爆發仍然是自然科學領域的前沿課題。2015年，英國經濟學人雜志發表重大科學難題系列文章，將寒武紀大爆發列為6大自然科學難題之一。為什么動物門類在這個時候大規模爆發式出現？寒武紀大爆發的原因到底是什么？圍繞這個問題，過去主要做了兩方面工作：一方面古生物學家發現化石，研究寒武紀大爆發時期動物門類的多樣性，揭示它們之間的演化關系；另一方面，古環境科學家，主要利用地球化學手段研究海洋氧化還原條件的變化，探討寒武紀大爆發的原因。

然而，海洋生態系統是由生物和環境構成的統一整體，具有復雜的物質和能量流動途徑。在這個統一整體中，生物之間、生物與環境之間相互影響、相互制約，并在一定時期內處于相對穩定的動態平衡狀態。以往主要關注生態系統內的消費者動物門類起源演化和環境變化（氧）兩個方面，沒有將生物與環境作為統一整體來研究生態系統的演化。生態系統內的生產者和分解者的構成、物質循環等研究還未開展。環境變化研究不夠全面，對氧之外的其它環境因素研究不夠充分。可見，目前對寒武紀大爆發的研究存在嚴重的局限性。要解決這一重大科學問題，需要考慮生態系統的整體演化，組建涵蓋古生物學、地層學、地質微生物學、地球化學和沉積學等多學科人才團隊，開展全面系統的研究，揭示寒武紀大爆發時期生態系統的時空變化規律。

科學目標

以寒武紀大爆發時期（埃迪卡拉紀晚期至寒武紀早期）不同沉積相區、環境、生物演化階段的代表性生物群和巖性段為研究對象，以生物化石帶為時間標尺，揭示生態系統的結構、環境演化特征和生物地球化學過程，探討寒武紀大爆發時期生態系統在時間和空間上的差異性，重建演化過程。