大約5.3億年前,正處于“寒武紀(jì)”的地球上,突然涌現(xiàn)了節(jié)肢、腕足、蠕形、海綿、脊索等等各式各樣的生物,形成一種門類眾多、物種豐富的生物大繁榮時(shí)代,然而更為古老的地層中,一直以來(lái)尚未發(fā)現(xiàn)這些生物的祖先化石,這一奇異的狀況被古生物學(xué)家稱為“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”。生物學(xué)家查爾斯.達(dá)爾文(Charles Robert Darwin)在《物種起源》一書中也提到了寒武紀(jì)生命大爆發(fā),對(duì)此大惑不解,認(rèn)為寒武紀(jì)生命大爆發(fā)會(huì)成為反駁進(jìn)化論的一則證據(jù)。
依據(jù)查爾斯.達(dá)爾文的生物進(jìn)化論,地球上的一切生物都經(jīng)歷了從水生到陸生、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展和演變過(guò)程,這一過(guò)程是“自然選擇”和“遺傳變異”這兩個(gè)主因所推動(dòng)的,不過(guò)寒武紀(jì)眾多生物的突然涌現(xiàn)、以及前寒武紀(jì)時(shí)期的化石證據(jù)匱乏,使得“寒武紀(jì)生命大爆發(fā)”與生物進(jìn)化論不相符。對(duì)此,查爾斯.達(dá)爾文認(rèn)為地質(zhì)記錄的不周全、以及古老地層淹沒于海洋中,才讓寒武紀(jì)生命大爆發(fā)顯得如此“突?！?。時(shí)至今日,寒武紀(jì)生命大爆發(fā)仍是科學(xué)界的十大難題之一,它為何發(fā)生、以及發(fā)生的整個(gè)過(guò)程,古生物學(xué)家們眾說(shuō)紛紜、爭(zhēng)議不斷,近日,中科院的古生物學(xué)家朱茂炎和英國(guó)倫敦大學(xué)的格雷厄姆.希爾茲(Graham Shields)教授率領(lǐng)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),寒武紀(jì)生命大爆發(fā)與大氣和海洋中的氧氣含量緊密相關(guān)。
2006年,朱茂炎率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的理論模型,發(fā)現(xiàn)這一時(shí)期的生物演化和滅絕,與海水中碳同位素的異常變化存有一定的關(guān)聯(lián),可這種關(guān)聯(lián)的具體原因和機(jī)制并不明確。當(dāng)時(shí),朱茂炎認(rèn)為俄羅斯的西伯利亞地區(qū)是解決這一難題的關(guān)鍵,那里的寒武紀(jì)早期地層是一整套碳酸鹽沉積序列構(gòu)成,殘留著這一時(shí)期海水碳同位素的演變過(guò)程,加之地層中蘊(yùn)藏了大量的古生物化石,使得西伯利亞地區(qū)成了理想的天然實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。于是,朱茂炎與俄羅斯的同行們進(jìn)行合作,組建一支中、俄聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì),在西伯利亞地區(qū)展開了野外搜尋和研究工作,采集了眾多珍貴的寒武紀(jì)早期碳酸鹽巖層的樣品。
此后,這一支聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步的擴(kuò)大,來(lái)自于英國(guó)倫敦大學(xué)、蘭斯卡特大學(xué)、牛津大學(xué)等等的科學(xué)家們也加入其中,他們基于地層學(xué)、以及古生物化石的研究,對(duì)采集的樣品進(jìn)行了碳、硫同位素實(shí)驗(yàn)分析,建立一個(gè)名為“生物-化學(xué)循環(huán)模型”的數(shù)學(xué)模型,該數(shù)學(xué)模型的計(jì)算發(fā)現(xiàn),大約5.24億年前至5.14億年前,西伯利亞地區(qū)的海水碳、硫同位素發(fā)生了5次同步變化,這一變化反映了大氣和海洋中氧氣含量的變化。
再結(jié)合地層中古生物化石的研究,他們發(fā)現(xiàn)寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的高峰時(shí)期,海水碳、硫同位素的同步變化次數(shù)和幅度,與古生物化石多樣性的變化次數(shù)和幅度相吻合,而寒武紀(jì)生命大爆發(fā)之后的200萬(wàn)年左右,海水碳、硫同位素之間的變化不再同步,地球上發(fā)生了寒武紀(jì)生物大滅絕。朱茂炎表示,這一研究證實(shí)了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)受控于大氣和海洋中的氧氣含量,氧氣含量越高、寒武紀(jì)時(shí)期的生物越是豐富多彩,而氧氣含量過(guò)低導(dǎo)致了5.14億年前的寒武紀(jì)生物大滅絕。
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