氧气与早期动物进化的繁荣和萧条联系在一起

伦敦大学学院和利兹大学领导的新研究发现，在寒武纪大爆发期间，大气氧含量的极端波动与动物生物多样性的进化浪涌和灭绝相对应。

寒武纪爆发是大约5.4亿年前开始的复杂动物快速进化的关键时期。动物生命早期历史上这个基本阶段的触发因素是一个持续的生物学争论的主题。

这项研究由英国，中国和俄罗斯的科学家今天在“自然地球科学”杂志上发表，对大气中的氧含量是动物进化的主要控制因素这一理论给予了强有力的支持。

这项研究首次表明，在寒武纪爆发期间，氧气水平的激增与动物进化和生物多样性的爆发以及低氧期间的灭绝事件之间存在显着的相关性。

何天辰博士是利兹大学的研究主要作者和博士后研究员，他在伦敦大学学院期间开始了这项研究。他说：“在寒武纪爆发期间出现的复杂生物是我们今天看到的许多现代动物的前身。但由于在这段时间内没有大气氧气的直接记录，因此难以确定哪些因素可能我们已经开始了进化这个关键点。

“通过分析古代岩石中发现的碳和硫同位素，我们能够在寒武纪爆炸期间追踪地球大气层和浅海洋中的氧气变化。与同时化石动物相比，我们可以清楚地看到进化辐射遵循一种模式“繁荣与萧条”与氧气水平相结合。

“这有力地表明氧气在早期动物生命的出现中起着至关重要的作用。”

研究报告的共同作者，来自伦敦大学学院地球科学的Graham Shields教授说：“这是第一项研究，清楚地表明我们最早的动物祖先经历了大气氧含量极端变化引起的一系列进化辐射和瓶颈。

“结果是寒武纪时期超过1300万年的新动物形态爆发。在那个时代，地球从简单的单细胞和不动的生物体组成，进入了各种复杂，充满活力的生活。我们今天看到的形式。“

该小组分析了从西伯利亚阿尔丹河和莉娜河沿岸采集的海相碳酸盐样品中的碳和硫同位素。在寒武纪爆发期间，这片区域将是一片浅海，是地球上大部分动物生命的家园。

西伯利亚下寒武统地层由连续的石灰岩组成，具有丰富的化石记录和可靠的年龄限制，为地球化学分析提供了合适的样品。岩石中的同位素特征与全球氧气产生有关，使团队能够确定寒武纪时期浅海和大气中的氧含量。

研究报告的共同作者，来自利兹地球与环境学院的Benjamin Mills博士说：“西伯利亚平台为我们提供了一个了解早期海洋生态系统的独特窗口。该区域包含了目前已知的寒武纪爆发中化石多样性的一半以上。

“将我们的同位素测量结果与数学模型相结合，我们可以跟踪进入这个关键进化摇篮中沉积物的碳和硫的脉冲。我们的模型使用这些信息来估计氧气产生和破坏的全球平衡，让我们对氧气如何进行新的见解塑造了我们今天在地球上的生活。“

研究报告的共同作者，中国科学院南京地质古生物研究所的朱茂燕说：“了解引发寒武纪爆发的原因需要进行多学科研究。这就是为什么我们与格雷厄姆·希尔兹一起组建了由NERC和NSFC资助的多学科团队。过去的几年。我对这个合作项目的成果感到非常兴奋。“

“另一方面，需要很长时间才能得到这个结果。我们已经在2008年从西伯利亚获得了样品。西伯利亚的部分难以进入。我们需要时间组织探险并在那里收集样品。在俄罗斯同事的支持下，我们做不到这个项目。“

研究报告的共同作者，来自莫斯科罗蒙诺索夫的安德鲁·朱拉夫列夫说：“这是一项令人难以置信的成功和令人兴奋的联合研究。寒武纪爆炸引发的问题困扰了科学家多年。现在，结果给了我们令人信服的证据来证明这一点。动物的快速出现以及早期寒武纪期间大量灭绝的氧气。“

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