快讯：中国科学家为寒武纪生命大爆发添新解

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给中国科学家寒武纪生命流行病增加新解

大气和海洋中氧含量的增加会导致寒武纪生命大流行，在海水碳、硫同位素异常的情况下，氧产量会迅速增加

距今约5亿4千万年前的寒武纪初期，地球上出现了最多、最复杂的生命动物，这一现象被更多的化石发现所证实。 但是为什么会出现寒武纪生命大流行、爆发的过程呢？ 这是当今进化生物学和地球科学共同关注的重大基础前沿科学问题。

最近，由中国科学院南京地质古生物研究所参与指导的中英俄国际合作小组，为这一科学课题提供了新的答案。 合作得出结论:大气和海洋含氧量控制了寒武纪大爆发的过程，含氧量的大幅增加直接导致了寒武纪早期生物物种井喷。 这项最新的研究成果于5月6日在线发表在英国的《自然-地球科学》上。

悬案

寒武纪生命大流行病曾经是指幻想

寒武纪生命大流行病被称为古生物学和地质学上的一大悬案。

地球出生于46亿年前，寒武纪距今约5.42亿年4.85亿年前。 在地球历史的最初40亿年中，生命一直以简单微体的形式存在，进化缓慢，几乎没有肉眼可见的痕迹。 到了5亿4千万年前的寒武纪，人们熟知的多种动物各种门类(节肢动物、软体动物、腕足动物、环节动物、原始脊椎动物等)突然在2000万年间大量出现，为显着的生宙动物世界奠定了基础。 科学家们把这种变化称为寒武纪生命流行病。

达尔文在《物种起源》中叙述了这个事实，感到困惑。 因为根据达尔文进化论，生物进化经历了从水生到陆地、从简单到许多复杂、从低级到高级的漫长进化过程。 寒武纪的大爆发显然与达尔文的理论不一致。 有观点认为寒武纪的生命爆炸是幻想。

中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎告诉新京报记者，20世纪80年代以来，随着更多化石的发现，寒武纪大爆发趋于真实。 但是，寒武纪大爆发为什么会发生，爆炸的过程是怎样的？ 据推测氧气控制着许多复杂生命的出现，但是如何控制，有什么证据呢？ 我们从高精度的地球化学研究数据中发现，海洋中的氧气增多，物种数量就会明显增加。

我要找

前往西伯利亚无人区采集地层样本

谈谈此次研究的起源，朱茂炎于2005年在南京召开了第四届国际寒武纪地质大会，会议后，他们总结了寒武纪的年代表、生物演化和环境研究，绘制了寒武纪的世界海水碳同位素演化曲线。

结果表明，该曲线与全球生物进化的阶段性相对应，海水碳同位素正异常为动物大爆发阶段，负异常为动物灭绝阶段。 但是，这种关联的具体原因和机制一直不清楚。 我想这和生物氧化有关，生物利用碳的过程是什么驱动的？ 这是多年来我们想探索的答案。

朱茂炎表示，浅水海洋沉积的碳酸盐岩(石灰岩)可记录海水碳同位素新闻，是调查的良好切入点。 研究人员把目光投向了解题的重要地区——俄罗斯西伯利亚。 当地寒武纪早期地层剖面不仅化石丰富，而且全部由碳酸盐岩组成，完整记录了这一时期全球海水碳同位素演化过程。

2008年，研究小组与俄罗斯合作在西伯利亚开展野外事业。 桑田先生说，5亿年前堆积在海洋上的岩层现在露出了地表。 沿着勒纳河，在无人区陡峭的悬崖边缘，研究人员采集了珍贵的寒武纪早期碳酸盐岩地层样本。

从数百米厚地层采集的数百枚样品带回中国，按时间和厚度顺序积累，研究人员可以研究寒武纪大爆发的古海水变化。

为了了解当时碳同位素变化的原因，研究小组必须分解当时海水中硫同位素的变化。 朱茂炎表示，碳同位素的实验方法已经成熟，但当时硫同位素的实验分解在国际上备受争议，人们担心实验过程存在误差，无法得到准确的结果。

经过多年的努力，研究人员改进了硫同位素分解的实验方法。 课题组对此样品展开了系统碳、硫同位素实验分解和数学模型计算，取得了令人兴奋的研究结果。

结论

大爆发受大气和海洋含氧量控制

朱茂炎表示，西伯利亚地区海水碳、硫同位素在寒武纪初期同期发生了5次变化。 海水碳、硫同位素同步偏重(正异常)时，有机碳和黄铁矿的储量增加，说明氧产量迅速增加；海水碳、硫同位素同步变轻(负异常)，有机碳和黄铁矿的储量减少，氧产生量减少。 也就是说，碳、硫同位素的一些变化反映了大气和浅海中氧含量的一些变化。

研究表明，寒武纪大爆发高峰期海水碳和硫同位素值发生的同步波动次数和幅度与动物化石多样化变化的次数和幅度在时间上高度一致。 氧气增多，生物多样化增多，物种数量明显增加。 5次变化中，西伯利亚的物种最多时增加到300种以上。

距今5.14亿年后的约200万年间，碳和硫同位素之间的一些变化不同步，反映了海水普遍缺氧。 偶然的是，在这个时间内发生了世界性寒武纪动物群的大量灭绝。

朱茂炎说，这项研究首次利用定量模型论证了动物寒武纪大爆发过程受大气和海洋含氧量变化的控制。

至今为止，寒武纪大爆发仍有许多等待科学家解答的谜团。 朱茂炎说，生物进化和环境相互作用，需要不同学科的研究者一起探讨解题，分享实验方法和思想。 为了推进多学科交叉，研究古生物、地球化学、地球物理、现代生物学的学者需要坐在一起解开寒武纪大爆发的谜团。

■链接

云南澄江生物群为寒武纪大爆发提供了证据

要了解寒武纪的大爆发，必须提到中国云南澄江生物群。 组成了加拿大布吉斯生物群、凯利生物群和世界三大页岩型生物群，为寒武纪地质历史时期的生命大爆炸提供了证据。

1984年7月1日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员侯先光在帽子天山发现化石，敲了发现澄江生物群的门。 这种长尾纳米虫化石是罕见的软件组织化石，首次揭示了距今5亿3千万年前海洋动物世界的真实面貌。 澄江生物群的发现，使其所在地云南省玉溪市澄江县名声大噪。

原始生命非常脆弱，大部分没有硬化骨骼，只由软组织构成。 这些生命一旦死亡，就极其容易化为乌有。 澄江生物群的各类动物化石保存完好，举世罕见是其可贵之处。 此后，中国南京、西安、昆明、北京等地的古生物学者纷纷大规模采集澄江生物群。

澄江生物群主要由多门类的无脊椎动物化石组成，门类丰富。 这座化石宝库充分展示了寒武纪早期生物的多样性，使大部分现生动物门类的演化历史开始追溯到寒武纪，为揭示生物寒武纪大爆发的奥秘提供了宝贵的证据，被誉为国际上20世纪最惊人的科学发现之一。