倫敦大學(xué)學(xué)院和利茲大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的新研究發(fā)現(xiàn)，在寒武紀(jì)大爆發(fā)期間，大氣氧含量的極端波動(dòng)與動(dòng)物生物多樣性的進(jìn)化浪涌和滅絕相對(duì)應(yīng)。
寒武紀(jì)爆發(fā)是大約5.4億年前開始的復(fù)雜動(dòng)物快速進(jìn)化的關(guān)鍵時(shí)期。動(dòng)物生命早期歷史上這個(gè)基本階段的觸發(fā)因素是一個(gè)持續(xù)的生物學(xué)爭(zhēng)論的主題。
這項(xiàng)研究由英國(guó)，中國(guó)和俄羅斯的科學(xué)家今天在“自然地球科學(xué)”雜志上發(fā)表，對(duì)大氣中的氧含量是動(dòng)物進(jìn)化的主要控制因素這一理論給予了強(qiáng)有力的支持。
這項(xiàng)研究首次表明，在寒武紀(jì)爆發(fā)期間，氧氣水平的激增與動(dòng)物進(jìn)化和生物多樣性的爆發(fā)以及低氧期間的滅絕事件之間存在顯著的相關(guān)性。
何天辰博士是利茲大學(xué)的研究主要作者和博士后研究員，他在倫敦大學(xué)學(xué)院期間開始了這項(xiàng)研究。他說：“在寒武紀(jì)爆發(fā)期間出現(xiàn)的復(fù)雜生物是我們今天看到的許多現(xiàn)代動(dòng)物的前身。但由于在這段時(shí)間內(nèi)沒有大氣氧氣的直接記錄，因此難以確定哪些因素可能我們已經(jīng)開始了進(jìn)化這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。
“通過分析古代巖石中發(fā)現(xiàn)的碳和硫同位素，我們能夠在寒武紀(jì)爆炸期間追蹤地球大氣層和淺海洋中的氧氣變化。與同時(shí)化石動(dòng)物相比，我們可以清楚地看到進(jìn)化輻射遵循一種模式“繁榮與蕭條”與氧氣水平相結(jié)合。
“這有力地表明氧氣在早期動(dòng)物生命的出現(xiàn)中起著至關(guān)重要的作用。”
研究報(bào)告的共同作者，來自倫敦大學(xué)學(xué)院地球科學(xué)的Graham Shields教授說：“這是第一項(xiàng)研究，清楚地表明我們最早的動(dòng)物祖先經(jīng)歷了大氣氧含量極端變化引起的一系列進(jìn)化輻射和瓶頸。
“結(jié)果是寒武紀(jì)時(shí)期超過1300萬年的新動(dòng)物形態(tài)爆發(fā)。在那個(gè)時(shí)代，地球從簡(jiǎn)單的單細(xì)胞和不動(dòng)的生物體組成，進(jìn)入了各種復(fù)雜，充滿活力的生活。我們今天看到的形式。“
該小組分析了從西伯利亞阿爾丹河和莉娜河沿岸采集的海相碳酸鹽樣品中的碳和硫同位素。在寒武紀(jì)爆發(fā)期間，這片區(qū)域?qū)⑹且黄瑴\海，是地球上大部分動(dòng)物生命的家園。
西伯利亞下寒武統(tǒng)地層由連續(xù)的石灰?guī)r組成，具有豐富的化石記錄和可靠的年齡限制，為地球化學(xué)分析提供了合適的樣品。巖石中的同位素特征與全球氧氣產(chǎn)生有關(guān)，使團(tuán)隊(duì)能夠確定寒武紀(jì)時(shí)期淺海和大氣中的氧含量。
研究報(bào)告的共同作者，來自利茲地球與環(huán)境學(xué)院的Benjamin Mills博士說：“西伯利亞平臺(tái)為我們提供了一個(gè)了解早期海洋生態(tài)系統(tǒng)的獨(dú)特窗口。該區(qū)域包含了目前已知的寒武紀(jì)爆發(fā)中化石多樣性的一半以上。
“將我們的同位素測(cè)量結(jié)果與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合，我們可以跟蹤進(jìn)入這個(gè)關(guān)鍵進(jìn)化搖籃中沉積物的碳和硫的脈沖。我們的模型使用這些信息來估計(jì)氧氣產(chǎn)生和破壞的全球平衡，讓我們對(duì)氧氣如何進(jìn)行新的見解塑造了我們今天在地球上的生活。“
研究報(bào)告的共同作者，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所的朱茂燕說：“了解引發(fā)寒武紀(jì)爆發(fā)的原因需要進(jìn)行多學(xué)科研究。這就是為什么我們與格雷厄姆·希爾茲一起組建了由NERC和NSFC資助的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)。過去的幾年。我對(duì)這個(gè)合作項(xiàng)目的成果感到非常興奮。“
“另一方面，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能得到這個(gè)結(jié)果。我們已經(jīng)在2008年從西伯利亞獲得了樣品。西伯利亞的部分難以進(jìn)入。我們需要時(shí)間組織探險(xiǎn)并在那里收集樣品。在俄羅斯同事的支持下，我們做不到這個(gè)項(xiàng)目。“
研究報(bào)告的共同作者，來自莫斯科羅蒙諾索夫的安德魯·朱拉夫列夫說：“這是一項(xiàng)令人難以置信的成功和令人興奮的聯(lián)合研究。寒武紀(jì)爆炸引發(fā)的問題困擾了科學(xué)家多年?，F(xiàn)在，結(jié)果給了我們令人信服的證據(jù)來證明這一點(diǎn)。動(dòng)物的快速出現(xiàn)以及早期寒武紀(jì)期間大量滅絕的氧氣。“