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氧气含量是寒武纪生命大爆发“关键开关”

时间:2019-05-07 16:06:56  来源:科技日报

科技日报南京5月6日电 (记者张晔)发生在5.4亿年前的寒武纪生命大爆发,堪称地球生物演化史上的里程碑,现生动物的绝大多数门类在很短的时间里“突然”出现。是什么原因导致了这次大爆发?来自中英俄团队的最新研究表明,氧气含量是控制着寒武纪大爆发进程的最关键因素。该成果于5月6日在线发表在《自然·地球科学》上。

早在2006年,朱茂炎团队就提出了阶段性辐射和灭绝的寒武纪大爆发过程模型,并发现动物早期演化的阶段性辐射和灭绝过程,与海水碳同位素的异常变化存在耦合关系。但是,这种相关性之间的具体原因和机制一直不明。

该团队于2008年在西伯利亚采集了一套珍贵的寒武纪早期碳酸盐岩地层样品。随后,中英俄合作团队开展了系统的碳、硫同位素实验分析和数学模型计算。计算表明,该地区海水碳、硫同位素在寒武纪早期距今5.24亿年至5.14亿年期间发生了5次同步变化,其变化幅度反映了大气和浅海中氧气含量的变化幅度。而距今5.14亿年之后碳、硫同位素的不同步变化则反映了海水普遍缺氧。

 综合生物地层资料研究表明,在寒武纪早期距今5.24亿年至5.14亿年之间的1000万年时间内,也就是寒武纪大爆发的高峰时期,海水碳和硫同位素值发生的同步波动的次数和幅度,与动物化石多样性变化的次数和幅度在时间上高度吻合。而在距今5.14亿年之后的大约200万年间,碳和硫同位素之间的变化则是不同步的,碳同位素保持明显的负异常,硫同位素频繁波动。巧合的是这一时间内发生了全球性寒武纪动物群的大灭绝。

 这一研究首次采用定量模型论证了动物的寒武纪大爆发的幕式过程受控于大气和海洋的氧气含量变化,而发生在距今5.14亿年左右的寒武纪动物群大灭绝事件是海水缺氧造成的。


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