隨著人類用溫室氣體不斷地加熱地球，我們正在重現一種人類物種從未見過的遠古氣候。這引起了人們對地球氣候歷史的更多關注，尤其是像上新世這樣的溫暖時期，許多科學家認為上新世是我們前進方向的一個模型。
然而，與此同時，研究人員也對地球歷史上其他非常不同的時期進行了新的研究。這些將可以揭示我們生活的星球，甚至是我們自己的關鍵細節，儘管與我們今天所知的世界幾乎沒有相似之處。
其中一個時期是成冰紀，從大約7.2億年前持續到6.35億年前。那時地球經歷了歷史上最極端的冰期，包括被稱為「雪球地球」的全球冰凍期。
然而，也正是在那個時候，複雜動物的最初跡象出現在了化石記錄中，這些生物為延續至今的動物生命的黃金時代奠定了基礎。在一項新的研究中，研究人員檢測了低溫巖石的化學成分，以進一步了解這個陌生的世界。包括為什麼它不僅能夠支持動物的生命，而且似乎還能將其推向新的高度。
讓雪來得更猛烈些吧！
在成冰紀，地球的表面完全或幾乎完全凍結，巨大的冰原一直延伸到熱帶地區（不過，對於凍結的程度仍有一些爭議）。大部分的大陸塊都統一歸在超級大陸羅迪尼亞，但是由於全球冰川的作用，地球的整個表面可能已經變得非常堅固。地球表面的平均溫度可能不會超過冰點，一些研究表明，溫度可能還要低得多，會降到零下50攝氏度以下。
事實上，在成冰紀有兩次大的冰期，被稱為斯特爾特和馬裡諾冰川期，其間有短暫的熱間歇、冰的融化和火山的噴發。對我們的星球來說，這是一個瘋狂的時代，在極端的冰和火之間搖擺不定，但也是一個極其重要的時刻。這是因為，儘管成冰紀對人類來說似乎是一個可怕的時代，但它顯然幫助激發了複雜動物的黎明 —— 包括我們自己的祖先。
那麼，到底動物們是如何在「雪球地球」上生存下來的呢？對動物來說，要在冰原上以及下面的海水中生存是非常困難的，因為全球覆蓋的冰層會嚴重阻礙海洋吸收氧氣的能力。長期以來，科學家們一直對這一明顯的悖論感到困惑，但一項新的研究最終給出了答案。
動物生命的大爆發
地球上的生命早在成冰紀之前就開始了，但大多數是單細胞微生物。即使多細胞動物真的出現了，它們也相當的簡單，通常是靜止的生物，平靜地過濾海水，或以微生物為食。這些早期的動物還沒有出現像眼睛、腿、下巴或爪子這樣的創新，在一個沒有捕食者的世界裡，它們其實並不真正需要這些。
然而，由於寒武紀大爆發，這種情況很快就會改變。這可能是在短短2000萬年裡發生的，對於如此巨大的進化變化來說，這是難以置信的「快」，它被稱為動物進化的「大爆炸」，儘管一些研究表明，它可能更像是一系列較小的爆炸。不管怎樣，寒武紀大爆發是地球生命進化的一個巨大飛躍，產生了我們今天所知道的主要動物群體，包括人類的祖先和所有其他脊椎動物。
然而，在這次爆發開始之前，化石記錄表明，複雜動物的崛起已經在進行中。它可能不是後來出現的複雜的新生物，但顯然在寒武紀大爆發之前就已經存在了複雜的生命，而且似乎在成冰紀就已經開始了，它們不得不忍受一個「雪球地球」。這些動物先驅者包括真核生物，這是一個廣泛的術語，指具有先進細胞結構的有機體，也可能包括像海綿這樣的原始動物。
要知道，富含氧氣的水域對許多早期複雜的生物，尤其是動物來說是至關重要的。但是，由於冰雪覆蓋的海洋中氧氣有限，科學家們一直認為在那個時候沒有這樣的環境。儘管如此，我們知道這些早期的生物在「雪球地球」中倖存了下來，因為我們正是它們的後代。面對這種矛盾，一些科學家提出了真核生物闖過成冰紀的其他方式，比如生活在冰原上的融水池中，而不是生活在冰原下缺氧的海洋中。
然而，根據這項新研究，即使是冰凍的海洋，也不會像我們通常認為的那樣不適合這些古代生物生存。
「冰川氧氣泵」
科學家們觀察了澳大利亞、納米比亞和加利福尼亞的富含鐵的巖石，這些巖石都可以追溯到斯特爾特冰川期。研究人員發現，這些巖石是在一系列冰川環境中沉積下來的，為當時的海洋環境提供了一幅完整的圖像。
研究表明，遠離海岸的海水確實含有極低的氧含量和高水平的溶解鐵，這將使那些環境不適合依賴氧氣的生命（如動物）居住。然而，靠近被冰覆蓋的海岸線，斯圖爾特海的海水卻出人意料地富含氧氣。研究人員說，這是「雪球地球」時期富氧海洋環境的第一個直接證據，這可能解釋了低溫生物如何在「雪球地球」中生存下來，以及後來在寒武紀大爆發期間如何進化。
科學家們表示，有證據表明，雖然在深度冰凍期間，由於缺氧，大部分海洋都不適合生物居住，但在那些被擱淺的冰蓋開始漂浮的地區，含氧融水的供應是至關重要的。這種趨勢可以用我們所說的「冰川氧氣泵」來解釋：當冰川融化時，被困在冰川中的氣泡被釋放到水中，使其富含氧氣。
冰川是由雪形成的，隨著雪的積累，雪慢慢地被壓縮成冰川冰。雪裡有氣泡，包括氧氣，這些氣泡被困在冰裡。隨著時間的推移，這些氣泡在冰中向下移動，最終隨著融水從冰川底部逸出。在某些地方，這可能提供了足夠的氧氣幫助早期海洋動物在「雪球地球」上生存。
冬季仙境
事實上，「雪球地球」可能不僅僅是這些生物要克服的困難。有跡象表明，成冰紀的特定條件可能為寒武紀大爆發鋪平了道路。全球變冷發生在複雜動物進化之前，這一事實表明，「雪球地球」和動物進化之間存在聯繫，這些嚴酷的條件可以刺激它們多樣化的發展，形成更複雜的形式。
這也是最近另一項研究的結論，該研究將動物數量的增加與成冰紀全球藻類的大量繁殖聯繫起來。而藻類的大量繁殖是由斯特爾特冰川融化的冰引起的。在斯特爾特和馬裡諾冰期之間的炎熱時期，大量的融水湧進了地球的海洋，同時還包含一些關鍵的成分，這都要歸功於「雪球地球」。
地球冰凍了5000萬年。巨大的冰川把整個山脈都壓成了粉末，釋放出營養物質，當全球變暖導致冰雪融化時，河流就會把營養物質洪流衝進海洋。
當熱間歇期被另一個冰期所取代時，密集的營養物質和冷卻的海水的結合，為世界各地的海藻的爆發創造了理想的條件。以前由細菌統治的海洋，現在被更大、更複雜的有機體所控制，它們的豐富性為更大、更精細的物種進化提供了燃料。它們是寒武紀大爆發的祖先，但如果沒有「雪球地球」，它們（因此也包括我們）可能永遠都不會有進化的機會。
這些位於食物網底部的大型營養生物，提供了複雜生態系統進化所需的能量爆發。只有在這些複雜的環境中，包括人類在內的越來越大、越來越複雜的動物才能在地球上茁壯成長。
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