科学家揭秘海洋环境因素对寒武纪大爆发的影响

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    本报北京7月4日电（记者袁于飞）埃迪卡拉纪晚期—寒武纪早期是后生动物起源和早期演化的关键时期，几乎所有现代的动物门类在一个较短的时期内快速出现，海洋生态系统也接近现代水平，这一现象被称为“寒武纪大爆发”。这一快速生物演化事件是自达尔文1859年《物种起源》发表以后的一个生物进化论之谜。

    中国地质科学院地质所与南京大学等单位合作提出了距今5.51亿年至5.15亿年前生物与环境协同演化新机制。国际权威学术刊物《自然通讯》3日在线发表了中国地质科学院地质研究所朱祥坤课题组、南京大学凌洪飞课题组与国内外其他单位的合作研究论文《埃迪卡拉纪—寒武纪转折期海洋氧化-还原状态与动物演化的耦合关系》。该成果以氮同位素为主要研究手段，发现距今约5.51亿年至5.15亿年的埃迪卡拉纪—寒武纪转折期海洋氧化-还原状态呈现阶段性波动变化，时间上与早期后生动物的阶段性辐射和灭绝事件高度吻合。

    据介绍，基于不同氧化-还原环境中氮循环和氮同位素组成的差异性原理，论文提出了以下新观点：埃迪卡拉纪以来海洋氮储库的增加，为浮游真核藻类的繁盛提供物质条件，生物链与生态系统的变革最终导致海洋环境的进一步氧化，为后生动物的起源和快速演化奠定了基础。同时，受氮等营养元素供给过剩的影响，该时期大陆架边缘盆地发生多次大规模海水缺氧事件，导致该时期生物发生多次灭绝事件。这一最新研究成果详细地刻画了氮等营养元素控制、影响海洋的初级生产力和氧化-还原状态的新机制，肯定了氧气对后生动物演化的重要意义，进而为科学家揭秘生物与环境协同演化提供了一个新的视角。

    据该论文的第一作者、中国地质科学院地质研究所在站博士后王丹介绍，这一新的研究成果不仅有助于解决该时期古海洋氧化程度的争议，而且还为解答地球动物的“寒武纪大爆发”之谜提供了新的视角，是地球生命与环境协同演化领域的一项重大研究进展。目前，寒武纪时期生物的快速演化是否与地球环境变化密切相关，是破解进化论谜题的焦点之一，其中大气和海洋的氧化状态成为学界备受关注但存在争议的热点。氮作为生物有机大分子（如蛋白质与核酸）的重要组成，是生命活动的重要营养元素之一，同时氮的地球化学循环与海洋的氧化还原状态密切相关。因此，氮的地球化学循环是连接古海洋氧化还原状态与生物演化的桥梁，可为解决上述问题提供重要证据。