波动的氧气水平如何加速动物进化

根据一项新的研究，地球大气中的氧气含量可能在10亿年前就已经“剧烈波动”，创造了可能加速早期动物生命发展的条件。 科学家们认为，大气中的氧气 分三个阶段发展，从大约20亿年前的大氧化事件开始，当时氧气首次出现在大气中。第三阶段，大约4亿年前，大气中的氧气上升到今天的水平。

不确定的是第二阶段发生了什么，这个时期被称为新元古代，大约在10亿年前开始，持续了大约5亿年，在此期间出现了早期的动物生命形式。

科学家们试图回答的问题是：新元古代氧气水平的变化是否有什么特别之处，可能在动物的早期进化中发挥了关键作用?氧气水平是突然升高还是逐渐升高?

在541至6.35亿年前 的沉积岩中发现了早期动物的化石痕迹——被称为埃迪卡拉生物群，需要氧气的多细胞生物。

为了尝试回答这些问题，由里昂大学、埃克塞特大学和伦敦大学学院支持的利兹大学的一个研究小组使用了对从浅海采集的石灰岩中发现的不同形式的碳或碳同位素的测量。根据发现的不同类型碳的同位素比率，研究人员能够计算出数百万年前存在的光合作用水平，并推断出大气中的氧气水平。

作为计算的结果，他们已经能够在过去15亿年中产生大气中氧气含量的记录，这告诉我们有多少氧气会扩散到海洋中以支持早期的海洋生物。

完成博士学位的生物地球化学建模师AlexKrause博士。在利兹地球与环境学院工作，并且是该项目的首席科学家，他说这些发现为地球上氧气水平变化的方式提供了新的视角。

加拿大误点生态保护区早期动物的化石记录。信用：艾米丽博士。G.Mitchell–剑桥大学

他补充说：“早期的地球，在其存在的最初20亿年中，是缺氧的，没有大气中的氧气。然后氧气水平开始上升，这就是所谓的大氧化事件。

“到目前为止，科学家们一直认为，在大氧化事件之后，氧气水平要么很低，然后在我们看到第一批动物进化之前突然飙升，或者在动物出现之前的数百万年里氧气水平都很高。

“但我们的研究表明，氧气水平要动态得多。在早期动物生命形式出现之前，高氧和低氧之间的波动很长一段时间。我们正在看到早期动物生活的海洋环境将有丰富的氧气——然后是没有氧气的时期。

领导利兹地球演化建模小组并监督该项目的本杰明米尔斯博士说：“环境条件的这种周期性变化会产生进化压力，一些生命形式可能已经灭绝，而新的生命形式可能会出现。”

米尔斯博士说，含氧时期扩大了所谓的“可居住空间”——海洋中氧气含量高到足以支持早期动物生命形式的部分。

他说：“生态学理论已经提出，当你有一个可居住的空间在膨胀和收缩时，这可以支持生物生命多样性的快速变化。

“当氧气水平下降时，一些生物会面临严重的环境压力，这可能会导致灭绝。当富含氧气的水域扩张时，新的空间会让幸存者上升到生态主导地位。

“这些扩大的可居住空间将持续数百万年，为生态系统的发展提供充足的时间。”

该研究发表在《科学进展》上。