5.4億年前寒武紀生命大爆發謎底揭開

朱茂炎展示在西伯利亞採集的化石

在5.4億年前的寒武紀，現生動物的絕大多數門類，譬如脊椎動物、節肢、腕足、蠕形等動物突然集體亮相。這一極度「默契」的現象讓科學家們迷惑不解。是什麼原因導致這次生命大爆發？大爆發的過程又是什麼樣的？由中科院南京地質古生物研究所研究員朱茂炎領導的中英俄團隊最新研究發現，氧氣含量是控制寒武紀大爆發進程的最關鍵因素。相關成果於2019年5月6日在線發表在英國《自然》雜誌子刊《自然—地球科學》。

現代快報+/ZAKER南京記者胡玉梅實習生徐可文/攝

動物並非突然爆發出現，氧氣含量是「密鑰」

5.4億年前，各種動物「突然」爆發式出現，這被古生物學家們稱為「寒武紀生命大爆發」。

通過多年研究，朱茂炎團隊揭開了謎底：地球上的動物並不是「突然」爆發式出現的，而是經歷了幕式演化的過程；在這過程中，氧氣含量是幕後操盤手，控制著大爆發進程。

早在2006年，朱茂炎團隊就提出階段性輻射和滅絕的寒武紀大爆發過程模型，並發現動物早期演化的階段性輻射和滅絕過程，與海水碳同位素的異常變化存在耦合關係。

通過與俄羅斯同行合作，朱茂炎團隊於2008年在西伯利亞開展野外工作，採集了一套珍貴的寒武紀早期碳酸鹽巖地層樣品。隨後，中英俄團隊對這套樣品開展了系統的碳、硫同位素實驗分析和數學模型計算。研究表明，西伯利亞地區海水碳、硫同位素在寒武紀早期距今5.24億年至5.14億年期間發生了五次同步變化，這種變化指示了大氣和淺海中氧氣含量的變化。他們發現，在同一時期，動物化石的多樣性也發生了變化，且變化的次數和幅度與含氧量變化的次數、幅度高度吻合。

而在距今5.14億年之後的大約兩百萬年間，海水中的碳和硫同位素之間的變化則是不同步的，指示了海水普遍缺氧。巧合的是，這一時間內發生了全球性寒武紀動物群的大滅絕。

該研究首次從科學層面解開了寒武紀大爆發的重要原因。也就是，寒武紀大爆發的幕式過程受控於大氣和海洋的氧氣含量變化。「這只是我們本次研究的初步成果，我們還要研究寒武紀前後的時期，另外還會去世界其他地區繼續採樣研究，以證實這一研究結果是否具有普遍性。」朱茂炎說。

人類活動應該遵循自然演變規律

5.4億年前，動物爆發式出現；而5.14億年後，寒武紀動物又發生了大規模滅絕。

「寒武紀大爆發時期幾乎出現了現存的所有動物門類，現存動物的基本形態在寒武紀時期已經成型。而後，寒武紀生物又發生了大滅絕，這次大滅絕導致當時地球上40%多的動物滅絕。」朱茂炎說。

朱茂炎表示，未來地球上並不排除再次發生生物大滅絕的可能性。「生物大滅絕一般有兩種情況，一種是地球內部發生變化，比如：火山噴發釋放出大量二氧化碳或有毒氣體，全球氣候增溫，導致地球大面積缺氧。還有一種情況是，外行星撞擊導致生物大面積滅絕，恐龍滅絕就是這種情況。」

朱茂炎說，人類的種種行為在深刻介入和改變地球演化進程。人類的基因組配、修改胚胎等行為都會使生物脫離自然的演化過程。這一現象對人類的生存和發展究竟有怎樣的影響？他認為，結果難以預見，但必須對一系列改變地球自然演變規律的人類行為加以管控。

（責任編輯：董雲龍 ）