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我国科学家为寒武纪生命大迸发添新解
2019-07-07 22:42:16

  2008年,研讨团队在西伯利亚展开了野外工作,收集了一套宝贵的寒武纪前期碳酸盐岩地层样品。受访者供图

  距今约5.4亿年前的寒武纪前期,地球上最杂乱的生命动物“迸发式”呈现,这一现象被越来越多的化石发现所证明。但为什么会呈现寒武纪生命大迸发、迸发的进程又是怎样的?这一向是当今演化生物学和地球科学一同重视的严重根底前沿科学问题。

  近期,由我国科学院南京地质古生物研讨所参加领导的中英俄国际协作团队,为这一科学难题供给了新的答案。协作团队得出定论:大气和海洋的氧气含量操控着寒武纪大迸发的进程,氧气含量的大幅添加,直接导致寒武纪前期生物品种“井喷”。这一最新研讨成果于5月6日在线宣布在英国《天然-地球科学》上。

  悬案

  寒武纪生命大迸发曾被指系假象

  寒武纪生命大迸发被称为古生物学和地质学上的一大悬案。

  地球诞生于46亿年前,寒武纪距今约5.42亿年—4.85亿年。地球前史的前40亿年中,生命一向以简略和微体的方式存在,演化缓慢,几乎没有留下肉眼可见的痕迹。到了5.4亿年前的寒武纪时期,人们了解的、杂乱多样的动物各种类别(节肢动物、软体动物、腕足动物、环节动物和原始的脊椎动物等)忽然在2000万年间很多呈现,奠定了显生宙动物国际的根底。科学家们将这一改变称之为“寒武纪生命大迸发”。

  达尔文在《物种来源》中提到了这一现实,并百思不得其解。由于依照达尔文进化论,生物进化阅历了从水生到陆地、从简略到杂乱、从初级到高档的绵长演化进程。寒武纪大迸发明显和达尔文的理论不匹配。有观念以为,寒武纪生命迸发是一种假象。

  我国科学院南京地质古生物研讨所研讨员朱茂炎告知新京报记者,上世纪80年代以来,跟着越来越多化石被发现,人们更倾向于以为寒武纪大迸发是实在事情。可是,寒武纪大迸发为何发作、迸发的进程又是怎样的?“有观念猜想,氧气操控了杂乱生命的呈现,但怎我国科学家为寒武纪生命大迸发添新解么操控、有什么依据?咱们通过高精度的地球化学研讨数据发现,海洋中氧气增多时,物种数量明显添加。”

  寻找

  赴西伯利亚无人区收集地层样品

  谈起这次研讨的来源,朱茂炎介绍,2005年南京召开了第四届国际寒武纪地质大会,会后他们总结了寒武纪的年代表、生物演化和环境研讨,一同编制了一条寒武纪全球海水碳同位素演化曲线。

  成果发现,这条曲线与全球生物演化的阶段性是对应的,海水碳同位素正反常对应的是动物大迸发阶段,负反常对应的是动物灭绝阶段。“但这种相关的详细原因和机制一向不明。咱们觉得这与生物氧化有联系,但究竟是什么驱动了生物使用碳的进程?这是多年来,咱们想探求的答案。”

  朱茂炎介绍,浅水海洋中堆积的碳酸盐岩(石灰岩)能记载海水碳同位素信息,是查询很好的切入口。研讨人员将目光投到解题要害区域——俄罗斯西伯利亚。当地的寒武纪前期地层剖面不只化石丰厚,并且悉数由碳酸盐岩构成,完好记载了该时期全球海水碳同位素的演化进程。

  2008年,研讨团队与俄罗斯同行协作,在西伯利亚展开野外工作。白云苍狗,5亿年前在海洋中堆积的岩层现在已露出地表。沿着勒拿河,在一片无人区的峻峭山崖边,研讨人员收集了一套宝贵的寒武纪前期碳酸盐岩地层样品。

  从数百米厚的地层中收集的几百块样本被带回我国,依照时刻序列和厚度序列累积起来,研讨人员得以研讨寒武纪大迸发的古海水改变。

  为了解其时碳同位素的改变原因,研讨团队还必须剖析其时海水的硫同位素改变。朱茂炎说,碳同位素的试验办法现已很老练,但其时硫同位素试验剖析在国际上一向有争议,有观念忧虑试验进程有差错,得不到精确成果。

  通过多年尽力,研讨人员改进了硫同位素剖析的试验办法。课题组对这套样品展开了体系的碳、硫同位素试验剖析和数学模型核算,获得了令人兴奋的研讨成果。

  定论

  大迸发受控于大气和海洋的氧气含量

  朱茂炎介绍,西伯利亚区域海水碳、硫同位素在寒武纪前期发作了五次同步改变。当海水碳、硫同位素同步侧重(正反常)时,标明有机碳和黄铁矿埋藏量添加,导致氧气产值快速添加;当海水碳、硫同位素同步偏轻(负反常)时,标明有机碳和黄铁矿埋藏量削减,导致氧气产氧量削减。也就是说,碳、硫同位素的改变反映了大气和浅海中氧气含量的改变。

  研讨人员发现,在寒武纪大迸发顶峰时期,海水碳和硫同位素值发作的同步动摇次数及起伏,与动物化石多样性改变的次数及起伏在时刻上高度符合。“氧气多了,生物多样性就多了,物种数量明显添加。五次改变中,西伯利亚的物种最多时添加到300多种。”

  而在距今5.14亿年之后的大约200万年间,碳和硫同位素间的改变并不同步,反映了海水遍及缺氧。偶然的是,这一时刻内发作了全球性寒武纪动物群的大灭绝。

  朱茂炎说,这一研讨初次选用定量模型证明了动物的寒武纪大迸发进程受控于大气和海洋的氧气含量改变。

  现在,寒武纪大迸发仍有多道谜题等候科学家回答。在朱茂炎看来,生物演化和环境相互作用,不同学科的研讨人员应一同讨论“解屏幕题”,同享试验办法和思维。“要推进多学科穿插,研讨古生物、地球化学、地球物理、现代生物学的学者要坐在一同,破解寒武纪大迸发的谜题。”

  ■ 链接

  云南澄江生物群为“寒武纪大迸发”供给依据

  了解寒武纪大迸发,就必须提及我国云南澄江生物群。它与加拿大布尔吉斯生物群和凯里生物群构成国际三大页岩型生物群,为寒武纪地质前史时期的生命大迸发供给了依据。

  1984年7月1日,我国科学院南京地质古生物研讨所研讨员侯先光在帽天我国科学家为寒武纪生命大迸发添新解山发现一块化石,敲开了发现澄江生物群的大门。这块长尾纳罗虫化石是难得一见的软体安排化石,初次明晰展现出距今5.3亿年前的海洋动物国际的实在相貌。澄江生物群的发现,使其所在地——云南省玉溪市我国科学家为寒武纪生命大迸发添新解澄江县声名鹊起。

  原始的生命十分软弱,大部分没有硬化骨骼,仅由软安排组成。这些生命一旦逝世,极简单荡然无存。而澄江生物群的各类动物化石却保存精巧、举世罕见,这正是它的宝贵之处。尔后,我国南京、西安、昆明、北京等地的古生物学家先后对澄江生物群进行了屡次大规模收集。

  澄江生物群主要由多类别的无脊椎动物化石组成,类别丰厚。这座“化石宝库”充沛显示出寒武纪前期生物的多样性,将绝大多数现生动物类别的演化前史追溯到寒武纪开端,为提醒生物“寒武纪大迸发”的奥妙供给了宝贵依据,在国际上被誉为“二十世纪最惊人的科学发现之一”。(记我国科学家为寒武纪生命大迸发添新解者 张璐)