地球氧气水平的微小变化可能引发了巨大的进化飞跃

新的研究提供了迄今为止最明确的证据，证明寒武纪大爆发——5.4亿年前的一次快速进化爆发——可能是由地球大气和浅海中氧气水平的小幅上升引发的

今天发表在《自然地球科学》杂志上的这项新研究汇集了一个国际科学家联盟的数据集，表明氧气的微小增加可能足以推动化石记录中的重大进化飞跃

这项研究的主要作者、南安普顿大学的古生物学家Richard Stockey博士曾在斯坦福大学攻读博士学位，他说：“寒武纪大爆发是地球上生命迅速多样化的一个显著时期。以前，生命由单细胞和小型多细胞生物组成。

”然后，在2000万或3000万年的时间里，在地质的眨眼之间，我们看到各种奇怪而复杂的生物出现，它们有着新的身体计划和特征，如矿化的外壳、抓握的附肢和眼睛等复杂的感觉器官。“

氧气充足

几十年来，科学家们一直认为，寒武纪大爆炸是由大气氧气的突然增加引起的，大气氧气使古代海洋中的氧气接近现代水平。但这方面的证据是分散的，在某些情况下是矛盾的。

通过进行全面、大规模的数据分析，研究人员发现，寒武纪大爆炸时大气氧气仅略有增加。

”寒武纪动物可能不像科学家过去认为的那样需要那么多氧气。该联盟的负责人、斯坦福大学杜尔可持续发展学院地球与行星科学副教授Erik Sperling说：“我们发现，氧合的微小增加幅度足以推动生态的巨大变化。”直到寒武纪大爆发后约1.4亿年，深海的水位才接近现代海洋的水位，比之前想象的要晚得多。

Stockey博士说：“从全球角度来看，直到约4亿年前，我们才看到海洋完全氧化到接近现代的水平，大约在我们看到陆地上出现大片森林的时候。“

发掘答案

为了调查地球历史上7亿年的氧气变化，研究人员检查了显示黑色页岩中铀和钼含量的数据，黑色页岩是一种在古代海洋底部低氧环境中形成的沉积岩。

这些金属在氧气较低时会在沉积物中积累，因此它们在黑色页岩中的浓度表明过去的海洋氧气水平。

之前的研究指出，寒武纪大爆发期间，黑色页岩中微量金属增加，但这些研究大多基于单个现场的数据，有机碳的增加等局部因素会增加微量金属浓度。

使用统计和机器学习技术，研究人员分析了更大范围的数据，并使用海洋学模型来估计历史上的氧气水平。

”Stockey博士说：“我们发现，黑色页岩中有机碳的变化推动了科学家们在过去15年或20年中看到的许多微量金属的变化。直到寒武纪爆发1.4亿年后的泥盆纪，我们才看到微量金属以表明整个海洋氧化的速度增加。”。“

一个地球化学数据联盟

黑色页岩数据是作为沉积地球化学和古环境项目的一部分编制的，这是其野外研究联盟中的第一个，将地球化学数据汇集在一个标准化数据库中进行大规模分析。

2015年成立该联盟的Sperling说：“这与我们以前在野外使用的方法非常不同。”每个研究小组，包括我们的研究小组，仍在深入实地，了解正在发生的事情，但之后我们需要团结起来分析事情。“

Stockey博士为这项工作开发的分析工具包不仅可以帮助研究人员了解古代的氧气水平，还可以帮助他们了解温度、食物供应和其他早期进化的潜在驱动因素。联盟成员还收集了新的数据，以填补采样不足的地质时间段，并进行了扩展到更老和更年轻时间段的分析。

”为了利用这些更先进的数据科学方法的力量，特别是对地质数据，我们需要每个人都说同一种语言，”Stockey博士说。“这种由社区驱动的数据科学方式让我们对重建地球在空间和时间上的进化更加自信。”。p