氧气催生 寒武纪生命大爆发

2014年，西北大学地质学系的师生在湖北省宜昌市丹水河挖掘「清江生物群」化石。（取自新华网）

湖北长阳发现清江生物群化石，有助对「寒武纪生命大爆发」的科学认识。图为被显微镜放大数倍的清江生物群。（中新社资料照片）

清江生物群模拟图。（取自人民网）

距今约5亿4千万年前的寒武纪早期，地球上最复杂的生命动物「爆发式」出现，为什么有这种现象？由中国科学院南京地质古生物研究所参与领导的中英俄国际合作团队，为这一科学难题提供了新的答案。原来是氧气含量的大幅增加，直接导致寒武纪早期生物种类「井喷」现象。这一最新研究成果近日发表在英国《自然-地球科学》网站上。

中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎指出，通过高精度的地球化学研究数据发现，海洋中氧气增多时，物种数量明显增加。研究人员发现，在寒武纪大爆发高峰时期，海水碳和硫同位素值发生的同步波动次数及幅度，与动物化石多样性变化的次数及幅度在时间上高度吻合。「氧气多了，生物多样性就多了，物种数量明显增加。5次变化中，西伯利亚的物种最多时增加到300多种。」

破古生物、地质学悬案

「寒武纪生命大爆发」这一现象被越来越多的化石发现所证实。但为什么会出现寒武纪生命大爆发、爆发的过程又是怎样的？一直是古生物学和地质学上的一大悬案。

朱茂炎介绍，浅水海洋中沉积的碳酸盐岩（石灰岩）能记录海水碳同位素资讯，是调查很好的切入口。

碳酸盐岩地层可证实

研究人员在俄罗斯西伯利亚当地的寒武纪早期地层剖面开展野外工作，在勒拿河无人区的陡峭悬崖边，采集一套珍贵的寒武纪早期碳酸盐岩地层样品几百块样本带回大陆，按照时间序列和厚度序列累积起来，研究人员得以研究寒武纪大爆发的古海水变化。

朱茂炎介绍，西伯利亚地区海水碳、硫同位素在寒武纪早期发生了5次同步变化。朱茂炎说，这一研究首次采用定量模型论证了动物的寒武纪大爆发过程受控于大气和海洋的氧气含量变化。在距今5.14亿年之后的大约200万年间，碳和硫同位素间的变化并不同步，反映了海水普遍缺氧。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。