氧氣催生 寒武紀生命大爆發

2014年，西北大學地質學系的師生在湖北省宜昌市丹水河挖掘「清江生物羣」化石。（取自新華網）

湖北長陽發現清江生物羣化石，有助對「寒武紀生命大爆發」的科學認識。圖爲被顯微鏡放大數倍的清江生物羣。（中新社資料照片）

清江生物羣模擬圖。（取自人民網）

距今約5億4千萬年前的寒武紀早期，地球上最複雜的生命動物「爆發式」出現，爲什麼有這種現象？由中國科學院南京地質古生物研究所參與領導的中英俄國際合作團隊，爲這一科學難題提供了新的答案。原來是氧氣含量的大幅增加，直接導致寒武紀早期生物種類「井噴」現象。這一最新研究成果近日發表在英國《自然-地球科學》網站上。

中國科學院南京地質古生物研究所研究員朱茂炎指出，通過高精度的地球化學研究數據發現，海洋中氧氣增多時，物種數量明顯增加。研究人員發現，在寒武紀大爆發高峰時期，海水碳和硫同位素值發生的同步波動次數及幅度，與動物化石多樣性變化的次數及幅度在時間上高度吻合。「氧氣多了，生物多樣性就多了，物種數量明顯增加。5次變化中，西伯利亞的物種最多時增加到300多種。」

破古生物、地質學懸案

「寒武紀生命大爆發」這一現象被越來越多的化石發現所證實。但爲什麼會出現寒武紀生命大爆發、爆發的過程又是怎樣的？一直是古生物學和地質學上的一大懸案。

朱茂炎介紹，淺水海洋中沉積的碳酸鹽巖（石灰岩）能記錄海水碳同位素資訊，是調查很好的切入口。

碳酸鹽巖地層可證實

研究人員在俄羅斯西伯利亞當地的寒武紀早期地層剖面開展野外工作，在勒拿河無人區的陡峭懸崖邊，採集一套珍貴的寒武紀早期碳酸鹽巖地層樣品幾百塊樣本帶回大陸，按照時間序列和厚度序列累積起來，研究人員得以研究寒武紀大爆發的古海水變化。

朱茂炎介紹，西伯利亞地區海水碳、硫同位素在寒武紀早期發生了5次同步變化。朱茂炎說，這一研究首次採用定量模型論證了動物的寒武紀大爆發過程受控於大氣和海洋的氧氣含量變化。在距今5.14億年之後的大約200萬年間，碳和硫同位素間的變化並不同步，反映了海水普遍缺氧。巧合的是，這一時間內發生了全球性寒武紀動物羣的大滅絕。