研究发现地球历史上的大气氧气水平”剧烈波动”可能加速了动物的进化

根据新的研究，地球大气中的氧气水平很可能在10亿年前”剧烈波动”，创造的条件可能加速了早期动物生命的发展。科学家们认为大气中的氧气分三个阶段发展，首先是大约20亿年前的所谓大氧化事件，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。

不确定的是在第二阶段发生了什么，在一个被称为新近纪的时代，大约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–在新近纪时代，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起到了关键的作用–氧气水平是突然上升还是逐渐增加的？

早期动物的化石痕迹–被称为震旦纪生物群，需要氧气的多细胞生物–已经在5.41至6.35亿年前的沉积岩中被发现。

加拿大Mistaken Point生态保护区的早期动物化石记录。资料来源：Emily博士/G. Mitchell – 剑桥大学

为了尝试回答这个问题，利兹大学的一个研究小组在里昂大学、埃克塞特大学和伦敦大学的支持下，利用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的碳的同位素比率，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。

计算结果中已经能够产生过去15亿年来大气中的氧气水平记录，这告诉我们有多少氧气会扩散到海洋中以支持早期海洋生物。

在利兹大学地球与环境学院完成其博士学位的生物地球化学模型专家Alex Krause博士是该项目的首席科学家，他说这些发现为地球上氧气水平的变化方式提供了新的视角。

他补充说：”早期的地球，在其存在的前20亿年中是缺氧的，大气中没有氧气，随后氧气水平开始上升，这就是所谓的大氧化事件。直到现在，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猛然上升，要么在动物出现之前，氧气水平已经升高了持续数百万年。

“但我们的研究显示，氧气水平的变化要大得多。在早期动物生命形式出现之前的很长一段时间里，氧气水平在高和低之间震荡。我们看到，早期动物生活的海洋环境会有丰富的氧气，然后又经过了一段没有氧气的时期。”

领导利兹大学地球进化模型小组并监督该项目的本杰明-米尔斯博士说。”这种环境条件的周期性变化会产生进化的压力，一些生命形式可能已经灭绝，而新的生命形式可能出现。”

米尔斯博士说，含氧量高的时期扩大了所谓的”宜居空间”–海洋中氧气水平高到足以支持早期动物生命形式的部分。”在生态学理论中已经提出，当你有一个正在扩张和收缩的宜居空间时，这可以支持生物生命的多样性的快速变化。当氧气水平下降时，对一些生物有严重的环境压力，这可能会推动生物的灭绝。 而当富含氧气的水域扩大时，新的空间允许幸存者上升到生态主导地位。这些扩大的宜居空间将持续数百万年，为生态系统的发展提供充足的时间。”