5.4亿年前生物进化 或导致寒武纪生命大爆发 , 03-03

在寒武纪的海洋中，新型动物如奇虾等遍布，它们身处一个生物多样性惊人的时代。这一切的起源，要追溯到5.4亿年前的一场生物进化风暴。

当时的动物生命形式简单，没有捕食者。一场进化风暴打破了这一寂静。微生物构成的黏性“垫子”覆盖海底，而一些动物的身体形态神秘，像缝制的薄枕头一样。大多数动物静止不动，但有一些在黏液中漫无目的地移动，以微生物为食。

这个简单的生态系统并非长久持续。在几百万年里，它让位于一个全新的世界，形成了现代解剖结构且移动性很强的动物开始统治世界。这就是著名的“寒武纪爆发”，产生了拥有腿和复眼的节肢动物、腮部像羽毛一样的蠕虫以及敏捷的捕食者。

关于这场爆发的起源，科学家们提出了多种理论。一些人认为氧气的陡然增加是引发这一变化的关键，而其他人则认为这源于一些关键进化革新的形成。对当时物理和化学环境的了解太少，使得确切的起源仍然难以捉摸。

过去几十年间，科学家们开始收获一些关于埃迪卡拉纪终结的诱人线索。从纳米比亚的礁石和其他地方收集的证据表明，寒武纪爆发实际上可能源于微小环境改变之间的复杂相互作用，这些改变触发了重要的进化形成。

如今，一些科学家认为氧气的临时性小幅增加可能突然越过了生态阈值，使得捕食者得以出现。食肉动物的崛起可能引发了一场进化上的“军备竞赛”，导致了如今海洋中的复杂身体形态和行为的出现。加拿大皇后大学的古生物学家Guy Narbonne表示：“这是地球进化中最重要的事件。”

关于氧化作用的规模一直存在质疑。研究人员在纳米比亚、中国和全球其他地方收集了古代海床的岩石样本，并分析了其中的铁、钼和其他金属的含量。这些金属的溶解度对氧气的含量有很强的依赖性，因此它们在古代沉积岩中的含量和类型反映了很久以前沉积物形成时的水中氧含量。一项对古代海底沉积物进行的大型研究挑战了这一观点，认为即便发生了氧化作用事件，其规模也可能比人们通常认为的要小得多。

丹麦南丹麦大学地球生物学家Donald Canfield怀疑氧气在早期动物的发展中起到了限制因素的作用。他发现，在诸如海绵等简单动物出现之前，氧含量已经足够支持这些动物的生存。而对于寒武纪的动物来说，它们需要的氧气可能比早期海绵更多。在埃迪卡拉纪和寒武纪的边界处，可能并不需要氧气的显著增加。Canfield表示，在此前的很长一段时间里，氧气可能已经非常充足。因此他认为氧气含量的微小提升足以触发一场大变革。

寒武纪爆发的确切原因仍然是一个谜。但新的研究发现正在逐渐揭示这一重要进化事件的神秘面纱，让我们更深入地了解地球生命的进化历程。在氧含量逐渐上升的背景下，一场关乎生命演化的戏剧在古老的纳米比亚礁石上悄然展开。当氧含量从宁静的3%水平跃升至突破性的10%阈值时，对早期动物进化产生了不可估量的影响。这一微小的变化，犹如生态舞台上的幕后推手，催生出捕食者的身影。对于毫无防御能力的埃迪卡拉纪动物来说，这无疑是一场生存的考验。

深入研究这些古老的纳米比亚礁石，我们见证了一个惊心动魄的演化故事。英国爱丁堡大学的古生物学家Rachel Wood，在剖析这些岩石形成物时，发现了一种名为克劳德管的锥形原始动物。这些生物并未在海底广泛扩散，而是选择聚集在一个拥挤的生态地——一个既能隐藏脆弱身体又能躲避捕食者的场所。这一生态模式在现代礁石生态系统中得以重现。

而在寒武纪早期，动物开始挖掘微生物垫下的沉积物，挖出几厘米的洞穴。这不仅为它们获取了未曾利用的营养物质，也为逃避捕食者提供了安全的避难所。与此动物也开始探索新的生存策略，追求躲避捕食者和追逐猎物的双重需求驱使它们游向海底上方的水柱，那里的氧含量较高能让它们通过游动消耗能量。这些演变进一步证明了氧气浓度对动物行为及生态的影响。

关于氧气阈值和生态系统的证据不断出现，也为我们揭示了另一个重要的进化问题：动物的起源究竟始于何时？尽管第一块无可争议的动物化石出现在距今约5.8亿年前，但基因证据表明基本动物群早在距今约8亿至7亿年前就已起源。加州大学河滨分校地球生物学家Timothy Lyons认为，答案或许在于氧含量在大约8亿年前上升至现代水平的2%或3%。这一氧浓度足以维持简单小型动物的生存，类似于现今海洋中的低氧区域。更大体型的动物的出现则要等到氧含量在埃迪卡拉纪进一步升高之后。

为了深入理解氧气如何影响复杂动物的出现，科学家们正在从岩石中寻找更微妙的线索。Lyons强调：“我们鼓励研究化石的科学家将他们的化石与我们的氧气‘代理者’更紧密地联系起来。”这意味着我们需要解析不同古代环境中的氧含量，并将这些数据与在同一地点发现的动物化石的特征联系起来。这一过程将为我们揭示生命演化的更深层次奥秘。