达尔文在《物种起源》的第十章《论地质记录的不完全》中，曾小心翼翼而又非常明确地指出：“如果同属或同科的无数物种真的会一起产生出来，那么这种事实对于以自然选择为依据的进化学说，的确是致命的。”
万分不幸的是，这种致命的故事真的发生了。而且在达尔文活着的时候就已经把他搅得头昏脑涨。因为在当时，寒武纪物种大爆发已经是一个让很多人津津乐道的话题了，特别是神创论者，更是把这个事情拿来作为上帝创造万物的有力证据。对此，进化论者必须作出解释。否则，如达尔文所说的那样，进化论将会死于寒武纪事件。而糟糕的是，在没有充分化石证据的前提下，达尔文却冒失地保证道：“如果我的学说是真实的，那远在寒武纪最下层沉积以前，必然要经过一个长久的时期，这时期与从寒武纪到今日的整个时期相比，大概一样地长久，或者还要更长久得多，而且在这样广大的时期内，世界上必然已经充满了生物。”
达尔文虔诚地相信地质渐变论，然后在此之上，相信生物进化渐变论，并将生物分类学先驱林柰(Carl Linnaeus)的名言“自然不产生飞跃”当成座右铭，把大的物种突变看成是不可能的事情：一只蛇的蛋里面绝不会突然孵出一只老鼠来，老鼠也不可能生出一头大象来。不要说个体，就是像眼睛这样复杂的器官，也不应该是突然变出来的。在达尔文看来，对大突变的坚持，几乎就是变着法的支持神创论。为此，他在给赖尔的信中再次重申：“如果我的自然选择论必须借重这种突然进化的过程才能说得通，我将弃之如粪土。”
前面提到过切过很多老鼠尾巴的魏斯曼，是达尔文的忠实追随者。他也坚持渐变论，他的逻辑非常明了：如果物种可以突然间变来变去的，那么物种就无法存在了，我们搞不清它到底是什么。
赫胥黎对达尔文如此决绝的态度非常担心，他不能理解达尔文为什么非要过分关注进化的速率，即使生物进化得很快，自然选择仍然是正确的。但现在达尔文却硬是要下一个赌注，而且把赌注压在这么一个完全不必要的甚至可能是错误的假设之上，这有点让人不可思议。所以，赫胥黎建议达尔文不要把话说得这么绝，一点都不给自己留后路。他写信给达尔文善意地提醒说：“你这样毫无保留地接受自然界绝无大突变的观点，使你陷入不必要的困难之中。”赫胥黎清楚地看到了生物各大类之间缺少应有的中间型，他对这个问题也很头疼，但一时又找不到合适的理论来加以解释。可如果像达尔文那样，把所有责任都推给化石资料不全，不免又太过牵强。为此，赫胥黎不断劝告达尔文，为了更好地解释化石资料，应承认大踏步的跃进式的进化。
达尔文非常执著，对赫胥黎的劝告不予考虑，并继续强调：“在现存的物种及已经灭绝的物种之间，必须有极大数目的过渡环节和中间型。”而且那应该是“完美的、逐渐过渡的阶段”。他把所有的希望都寄托在地质学发现上，相信考古学家们可以找出足够的能说明一切问题的化石来。可事与愿违，所有新发现的化石似乎都表明新物种是突然出现的，一下冒出来的，没有中间型。虽然达尔文仍然对考古学家抱有希望，但他最终承认：“这是我的理论的最大困难。”他甚至有点绝望地表示：“我不能提供满意的答案。”“自然界好像故意隐藏证据，不让我们多发现过渡性的中间型。”
到后来，见说服不了达尔文，赫胥黎只好闭上嘴巴不再啰唆，他实在是不愿意看到自己和达尔文的争论帮了神创论者的忙，这将会招致一个非常不好看的局面。
那达尔文又为什么非要给自己设下一道如此难题呢？他为什么反复强调物种不能一齐产生出来呢？在寒武纪物种大爆发已成为事实的情况下，他为什么不软化一下自己的口气？
这与达尔文自己对进化论的认识有关。达尔文坚信，根据自然选择，起源相同的各种生物类群的出现，在自然选择的压力之下，其进程必须是比蜗牛祖宗还要慢的极其迟缓的过程，而不应该在很短的时间内突然蹦出很多东西来。可问题是，无论当时，还是现在，化石记录并没有像达尔文想象的那样完整地体现了这个缓慢的过程。古生物学家们也一直有一个不愿意说出口的看法，那就是物种之间确实缺少中间环节。教科书上绘制的进化树，其实应该用一个一个点来表示，而不是用线把它们连起来，因为当中的这些线，至少在化石上看起来，似乎是不存在的。而这些点，有时是可以密集地出现的，在化石方面的表现就是最为著名的寒武纪物种大爆发，那简直就是直接在扇达尔文的耳光。达尔文在《物种起源》的最后一版中忧心忡忡地写道：“这个问题现在肯定还不能理解，而且会很快被用作反对这里所论述观点的有力论据。”
达尔文说对了，寒武纪物种大爆发自发现以来，直到现在，就一直被作为攻击进化论的重磅武器。
所谓寒武纪物种大爆发，是指在五亿六千万年到五亿三千万年前的三千万年时间内，特别是在其间最热闹的三百万年间，物种门类从少到多迅速出现的过程，并且个体复杂程度也呈急剧上升趋势。这个“迅速”，并不是像反进化论者所传言的那样所有物种是在一夜之间突然全冒出来的，那只是与之前的长达三十多亿年的物种简单期相对而言。在此前的三十多亿年里，几乎一直是单细胞生物的天下，铺天盖地地到处都是蓝藻之类的简单生命。可是在寒武纪的这热火朝天的三千万年内，却不断地出现新的物种，以至于这一段时间内出现的生物种类比现存的生物门类总数还要多。现代动物界中90%以上的类别都起始于寒武纪早期。寒武纪一声枪响，奠定了现代动物多样性的基本格局。但同时，有许多看起来奇奇怪怪的生物门类在出现不久以后就永远消失了，因为它们不符合自然选择的要求。
需要再次强调的是，虽然这一现象被命名为“大爆发”，但其变化的过程仍然是在漫长的年代里按照从少到多，从简单到复杂的程序进行的，这一点并没有违背达尔文的理论。所以，当神创论者责问著名进化论学者霍尔丹(John Haldane)有什么证据可以否定进化论时，他回敬了一句著名的话：“一只前寒武纪的兔子化石”。如兔子般复杂的动物，只能是按照化的顺序在更晚的时期出现。从这种意义上来说，所谓的寒武纪物种大爆发其实并没有影响到进化论的基础。让达尔文烦恼的只是，它们出现的速度有点快了。他希望它们能慢慢地出现、不断地出现，最好在漫长的地质年代中呈均匀的连续性分布，这样看起来就漂亮多了，解释起来也省事，完全符合“物种渐变论”。
这是为什么呢？物种为什么会在寒武纪风起云涌的出现呢？
有两种对立的假说。一方认为，寒武纪物种大爆发是一种假象，在这之前肯定有很多老祖先，只不过软体动物柔软的身体极不容易留下化石，所以造成了一种假象，似乎那些有壳的和有骨架的后代是突然出现的。
在达尔文时代，他采取的就是这种处理方法，他坚持在寒武纪之前就应该存在连续的不断出现的物种，只不过这之前的化石都没有被找全而已。按照这一观点，如果能找到全部需要的化石的话，完全可以勾勒出一条物种由少变多的渐进过程。
很多进化论者相信达尔文的判断，他们前赴后继辛辛苦苦地到处寻找各种化石，力图构建出一个完整的生物进化路线图。经过努力，化石是越找越多，但随之而来的失望也越来越大。虽然很多断裂的链条被弥补完整，比如始祖鸟似乎就是恐龙与鸟类之间的一个缺环。但是，对寒武纪之前化石的寻找却进展缓慢，除了那些多得有点烦人的单细胞化石外，基本上没有什么大的惊喜出现。相反，1906年在加拿大落基山脉发现的伯吉斯动物化石群和1984年在中国云南澄江发现的化石群都一再强化了寒武纪物种大爆发现象。
虽然1947年在澳大利亚中南部埃迪卡拉地区发现的埃迪卡拉动物群被认为是在前寒武纪时期形成的，但在时间上也只是非常贴近寒武纪的前寒武纪晚期，且动物数量和门类稀少，根本不足以抹平寒武纪物种大爆发现象。1998年，曾给科学家们带来无限兴奋的中国贵州瓮安生物群，也很快被纳入到常规轨道中去了，并不能完全洗去物种大爆发给达尔文带来的尴尬。现在有一个观点认为，复杂动物出现的年代上限应该是5.8亿年前，在此之前的地层化石中，应该不会再找出什么像样的动物了。那些辩称寒武纪之前的软体动物不容易留下化石的学者也闭上了嘴巴，因为连单细胞的藻类都留下了无穷多的化石。软体动物再软，也没有道理踏雪无痕地从地球上一掠而过吧。
也就是说，根据现有的化石表现来看，不承认寒武纪物种大爆发是不行了。假象说的支持者是越来越少，使得另一种观点得到了越来越多的研究，该观点明确承认物种可以快速出现，大家需要的只是一个或几个能够漂亮地解释物种为什么会快速出现的理论。
聪明人很多，也已经提出了很多极具说服力的假说，有些假说听着就让人头晕，比如艰深复杂的骨骼矿化机制和海水成分大变化事件等。现在不妨介绍几个较为流行的理论，因为越是流行，可能表明相信的人越多。
哈佛大学古尔德支持一种非常简洁的理论，他并不认为寒武纪物种大爆发需要特殊的解释，当把寒武纪前后的物种类型多少与时间作图时，会看到一个漂亮的S形曲线图，任何一个学过微生物学的人都会立即联想到细菌在培养基中培养时呈现的生长曲线，那也是标准的S形，大致可分为迟缓期、对数期、稳定期和衰亡期。古尔德认为，这两者的原理是一样的：寒武纪之前，生命在经过由少变多的缓慢增长的迟缓期，寒武纪物种大爆发则正处于S形曲线的剧烈上升期，也就是对数生长期。这是生命发展的必然结果，符合一般的数学模型，没什么好大惊小怪的。但这个理论有一个潜在的可怕后果没有被提及，那就是衰亡期何时到来？是不是意味着地球生命会死光光？
姑且先不去考虑这个有点杞人忧天味道的灰暗前景。现在要考虑的是，S形曲线并没有说明物种爆发的内在机制，它们为什么会到了那个时候就大量增加了呢？
最简单的理论是，地球渐渐冷却降温，到了寒武纪时，温度才正好适合动物生长，此前的单细胞藻类都是相对比较耐热的。
也有学者认为，地球温度的变化造成海洋中碳酸钙含量大幅增加，这正好为有硬壳的动物提供了制造外壳的原材料。由此而出现的生态学意义是，有壳动物比没有外壳保护的动物强大得多，它们迅速抢占了大片地盘，而且硬壳比较容易留下化石，所以看起来就是物种大爆发现象。
最容易让人接受的理论是，空气中氧的含量增加给动物的大量发生提供了机会。此前蓝绿藻辛苦地工作，不断无节制地产生氧气，它们终于受到了报应，靠呼吸氧气为生的动物大量出现，严重挤压了藻类的生活空间。更重要的是，大量的氧气以臭氧的形式存在，阻挡了有害的紫外线，使刚出现的新型动物更加生龙活虎。
现在这个假说面临着一个严重的挑战。地质学研究证实，在寒武纪前的沉积岩中早已存在严重氧化的岩石层，提示在10亿年前大气中的氧含量就已经够用了。谁如果喜欢氧气，完全可以大口喘气。
也就是说，所有外部的因素都面临着这样那样的问题，看来生物内部的因素应该占有更重要的地位。
1973年，霍普金斯大学的生态学家斯坦利(Stever Stanley)提出了“收割理论”。在斯坦利看来，一种草食或肉食的动物，就相当于一位勤奋的收割者，它们的出现和介入，给新生物的产生腾出了空间。就好比在大片的麦田中，只有麦子长得最好，其他杂草都受到了抑制；但当麦子被收割掉以后，其他各种杂草就可以乘机占领所有空间。寒武纪前铺天盖地的单细胞就好比是麦子，而第一个出现的吞食生物就是优秀的收割者。它们猛然发现这么多食物，无忧无虑地海吃胡塞，吃得太多了，迅速为其他物种腾出了生态位，于是产生了新生物。
这个理论简单而漂亮，更重要的是，它不需要依赖生物以外的其他因素作出补充解释。后来，这个理论还受到了生态学野外研究的证实，在一个池塘中放进凶狠的捕食鱼，随着屠杀的进行，池塘中物种多样性却不断增加，大量的浮游生物渔翁得利，终于可以更好地苟且偷生了。相反，在一个成分复杂的藻类群落中去掉作为捕食者的海胆后，强势藻类就会作威作福，其他藻类受到了抑制，生物多样性因此而下降。
也就是说，在科学考量的框架内，完全可以接受并解释那个所谓的寒武纪物种大爆发现象。从化石层面看，生物进化是可以走走停停的，这就是间断平衡理论的要点。