大約5.3億年前,正處於“寒武紀”的地球上,突然湧現了節肢、腕足、蠕形、海綿、脊索等等各式各樣的生物,形成一種門類眾多、物種豐富的生物大繁榮時代,然而更為古老的地層中,一直以來尚未發現這些生物的祖先化石,這一奇異的狀況被古生物學家稱為“寒武紀生命大爆發”。生物學家查爾斯.達爾文(Charles Robert Darwin)在《物種起源》一書中也提到了寒武紀生命大爆發,對此大惑不解,認為寒武紀生命大爆發會成為反駁進化論的一則證據。
依據查爾斯.達爾文的生物進化論,地球上的一切生物都經歷了從水生到陸生、從簡單到複雜、從低級到高級的發展和演變過程,這一過程是“自然選擇”和“遺傳變異”這兩個主因所推動的,不過寒武紀眾多生物的突然湧現、以及前寒武紀時期的化石證據匱乏,使得“寒武紀生命大爆發”與生物進化論不相符。對此,查爾斯.達爾文認為地質記錄的不周全、以及古老地層淹沒于海洋中,才讓寒武紀生命大爆發顯得如此“突兀”。時至今日,寒武紀生命大爆發仍是科學界的十大難題之一,它為何發生、以及發生的整個過程,古生物學家們眾說紛紜、爭議不斷,近日,中科院的古生物學家朱茂炎和英國倫敦大學的格雷厄姆.希爾茲(Graham Shields)教授率領的國際研究團隊發現,寒武紀生命大爆發與大氣和海洋中的氧氣含量緊密相關。
(寒武紀)
2006年,朱茂炎率領的研究團隊提出了一個寒武紀生命大爆發的理論模型,發現這一時期的生物演化和滅絕,與海水中碳同位素的異常變化存有一定的關聯,可這種關聯的具體原因和機制並不明確。當時,朱茂炎認為俄羅斯的西伯利亞地區是解決這一難題的關鍵,那裡的寒武紀早期地層是一整套碳酸鹽沉積序列構成,殘留著這一時期海水碳同位素的演變過程,加之地層中蘊藏了大量的古生物化石,使得西伯利亞地區成了理想的天然實驗場。於是,朱茂炎與俄羅斯的同行們進行合作,組建一支中、俄聯合研究團隊,在西伯利亞地區展開了野外搜尋和研究工作,採集了眾多珍貴的寒武紀早期碳酸鹽岩層的樣品。
此後,這一支聯合研究團隊進一步的擴大,來自於英國倫敦大學、蘭斯卡特大學、牛津大學等等的科學家們也加入其中,他們基於地層學、以及古生物化石的研究,對採集的樣品進行了碳、硫同位素實驗分析,建立一個名為“生物-化學循環模型”的數學模型,該數學模型的計算發現,大約5.24億年前至5.14億年前,西伯利亞地區的海水碳、硫同位素發生了5次同步變化,這一變化反映了大氣和海洋中氧氣含量的變化。
(寒武紀)
再結合地層中古生物化石的研究,他們發現寒武紀生命大爆發的高峰時期,海水碳、硫同位素的同步變化次數和幅度,與古生物化石多樣性的變化次數和幅度相吻合,而寒武紀生命大爆發之後的200萬年左右,海水碳、硫同位素之間的變化不再同步,地球上發生了寒武紀生物大滅絕。朱茂炎表示,這一研究證實了寒武紀生命大爆發受控於大氣和海洋中的氧氣含量,氧氣含量越高、寒武紀時期的生物越是豐富多彩,而氧氣含量過低導致了5.14億年前的寒武紀生物大滅絕。
(寒武紀)
小考題:若現今的大氣和海洋中含氧量上升,你認為地球上的生物會發生什麼變化呢?歡迎你留言討論。
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