Sự kiện này được gọi là bùng nổ Cambri (Cambrian Explosion), diễn ra chủ yếu trong khoảng 541–520 triệu năm trước, thuộc kỷ Cambri. Trong một khoảng thời gian tương đối ngắn theo thang đo địa chất, nhiều nhóm động vật với cấu trúc cơ thể phức tạp lần đầu xuất hiện trong hồ sơ hóa thạch. Đây được xem là giai đoạn định hình phần lớn những kiểu cơ thể động vật chủ yếu tồn tại đến ngày nay.

Trước thời kỳ này, sự sống chủ yếu là các sinh vật đơn giản hoặc động vật có cấu trúc cơ thể chưa quá phức tạp. Nhưng bước vào kỷ Cambri, đại dương bắt đầu xuất hiện những sinh vật có mắt, chân khớp, bộ phận miệng chuyên hóa và hệ thống vận động đa dạng. Nhiều loài phát triển lớp vỏ cứng bằng canxi hoặc kitin, giúp cơ thể được bảo vệ tốt hơn và để lại dấu tích hóa thạch rõ ràng.

Một trong những sinh vật nổi tiếng nhất thời kỳ này là Anomalocaris, động vật săn mồi khổng lồ dài khoảng một mét, sở hữu đôi mắt kép lớn, hai phần phụ phía trước giống cánh tay và miệng hình vòng. Bên cạnh đó còn có Opabinia với năm con mắt, vòi dài kỳ lạ; Hallucigenia có hàng gai nhọn trên lưng và những chiếc chân nhỏ; cùng Wiwaxia phủ đầy các phiến vảy và gai bảo vệ. Đại dương Cambri thực sự giống một thế giới xa lạ.

Tái hiện hệ sinh thái đại dương kỷ Cambri với những sinh vật kỳ dị như Anomalocaris, bọ ba thùy và các động vật chân khớp cổ đại. Ảnh: nhm.ac.uk

Điều gì đã kích hoạt sự bùng nổ tiến hóa này vẫn là chủ đề tranh luận. Một giả thuyết cho rằng lượng oxy hòa tan trong đại dương tăng lên, tạo điều kiện cho động vật phát triển cơ thể lớn và hệ thống vận động phức tạp. Sự thay đổi hóa học của nước biển, đặc biệt là nguồn cung canxi và phốt pho, cũng có thể thúc đẩy sự hình thành bộ xương ngoài và lớp vỏ cứng. Bên cạnh đó, sự xuất hiện của những động vật săn mồi khiến các loài khác phải phát triển khả năng phòng vệ, di chuyển và cảm nhận môi trường tốt hơn.

Một địa điểm hóa thạch nổi tiếng giúp hé lộ thế giới này là Burgess Shale ở Canada. Được phát hiện năm 1909, khu vực này bảo tồn đặc biệt tốt cả những bộ phận mềm của sinh vật, vốn rất hiếm khi hóa thạch. Nhờ đó, các nhà khoa học có thể nghiên cứu những sinh vật kỳ lạ mà nếu chỉ dựa vào hóa thạch vỏ cứng, chúng có thể đã biến mất hoàn toàn khỏi lịch sử tiến hóa.

Thực tế, sự bùng nổ Cambri không diễn ra chỉ trong vài ngày hay vài thế hệ, mà kéo dài hàng triệu năm. Những nghiên cứu mới cũng cho thấy nguồn gốc của một số nhóm động vật phức tạp có thể đã xuất hiện từ cuối kỷ Ediacara, trước khi Cambri bắt đầu. Dù vậy, đây vẫn là một trong những chương quan trọng nhất lịch sử sự sống, đặt nền móng cho sự đa dạng của thế giới động vật ngày nay.