氧氣含量是寒武紀(jì)生命大爆發(fā)“關(guān)鍵開關(guān)”

　　最新發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新

　　科技日報南京5月6日電 (記者張曄)發(fā)生在5.4億年前的寒武紀(jì)生命大爆發(fā)，堪稱地球生物演化史上的里程碑，現(xiàn)生動物的絕大多數(shù)門類在很短的時間里“突然”出現(xiàn)。是什么原因?qū)е铝诉@次大爆發(fā)？來自中英俄團(tuán)隊的最新研究表明，氧氣含量是控制著寒武紀(jì)大爆發(fā)進(jìn)程的最關(guān)鍵因素。該成果于5月6日在線發(fā)表在《自然·地球科學(xué)》上。

　　早在2006年，朱茂炎團(tuán)隊就提出了階段性輻射和滅絕的寒武紀(jì)大爆發(fā)過程模型，并發(fā)現(xiàn)動物早期演化的階段性輻射和滅絕過程，與海水碳同位素的異常變化存在耦合關(guān)系。但是，這種相關(guān)性之間的具體原因和機(jī)制一直不明。

　　該團(tuán)隊于2008年在西伯利亞采集了一套珍貴的寒武紀(jì)早期碳酸鹽巖地層樣品。隨后，中英俄合作團(tuán)隊開展了系統(tǒng)的碳、硫同位素實驗分析和數(shù)學(xué)模型計算。計算表明，該地區(qū)海水碳、硫同位素在寒武紀(jì)早期距今5.24億年至5.14億年期間發(fā)生了5次同步變化，其變化幅度反映了大氣和淺海中氧氣含量的變化幅度。而距今5.14億年之后碳、硫同位素的不同步變化則反映了海水普遍缺氧。

　　綜合生物地層資料研究表明，在寒武紀(jì)早期距今5.24億年至5.14億年之間的1000萬年時間內(nèi)，也就是寒武紀(jì)大爆發(fā)的高峰時期，海水碳和硫同位素值發(fā)生的同步波動的次數(shù)和幅度，與動物化石多樣性變化的次數(shù)和幅度在時間上高度吻合。而在距今5.14億年之后的大約200萬年間，碳和硫同位素之間的變化則是不同步的，碳同位素保持明顯的負(fù)異常，硫同位素頻繁波動。巧合的是這一時間內(nèi)發(fā)生了全球性寒武紀(jì)動物群的大滅絕。

　　這一研究首次采用定量模型論證了動物的寒武紀(jì)大爆發(fā)的幕式過程受控于大氣和海洋的氧氣含量變化，而發(fā)生在距今5.14億年左右的寒武紀(jì)動物群大滅絕事件是海水缺氧造成的。