5.4億年前的寒武紀大迸發，是生物演化史上最重要的事情之一，現生動物的絕大多數類別在很短的時刻里“忽然”呈現，奠定了顯生宙生物演化的根底。是什么原因導致了這次大迸發？大迸發的進程又是什么樣的？來自中英俄團隊的最新研討標明，氧氣含量是操控著寒武紀大迸發進程的最要害因素。相關成果于2019年5月6日在線宣布在英國《天然》雜志子刊《天然-地球科學》（Nature Geoscience）。

還好，不是滅霸！

動物，作為地球上最雜亂的生命，并不是從一開端就在地球上生計的。在地球的46億年前史中，大約有40億年是沒有動物存在的。

事實上，你所知道的，曾經在地球上日子過的，或許仍在地球上日子的，絕大多數的動物類別，都是在大約5.4億年前的寒武紀前期迸發式呈現的。而這，也被保存在地層中的化石記載所證明。

寒武紀大迸發的代表——澄江生物群生態復原圖（圖片來歷：楊定華繪）

可是，百年來的古生物化石發現，卻留給咱們一個自達爾文以來一向未解的謎題，也便是我們所熟知的“寒武紀大迸發之謎”。那么，終究是什么操控著寒武紀大迸發的發作？大迸發的進程又是怎么的？這也是當今演化生物學和地球科學一起重視的嚴重根底前沿科學問題。

近期，由我國科學院南京地質古生物研討所朱茂炎研討員和英國倫敦大學學院Graham Shields教授領導的中英俄國際協作團隊，給這一科學難題供給了新的答案。

研討團隊經過對西伯利亞寒武紀前期碳酸鹽巖地層的碳、硫同位素研討，提醒了大氣和海洋的氧氣含量操控著寒武紀大迸發的進程。

這一最新研討成果于2019年5月6日在線宣布在英國《天然-地球科學》（Nature Geoscience）上，英國利茲大學何天辰博士為第一和通訊作者，朱茂炎和Graham Shields為一起通訊作者。

始于發現反常

早在2006年，朱茂炎團隊就提出了寒武紀大迸發“階段性輻射和滅絕”的進程模型，并發現動物前期演化的階段性輻射和滅絕進程，與海水δ13C碳同位素的反常改變存在耦合聯系。可是，這種相關性之間的具體原因和機制一向不甚清楚。

寒武紀碳同位素改變與要害生物群事情（改自朱茂炎等，2006）

一起，也有不少研討認為，寒武紀前期的大氣-海洋氧含量可能對動物前期演化產生了重要影響。但因為在這段時刻內并沒有氧氣含量的直接記載，因而很難確認氧氣到底在其間起到了多大程度的影響。

進程山窮水盡

寒武紀時期，我國發育了很多頁巖堆積，保存了澄江生物群等多個國際聞名的特異化石埋藏點，為了解寒武紀大迸發的動物演化進程供給了絕無僅有的依據。

泥質粉砂質頁巖中保存的澄江生物群化石（趙方臣等，2012）

可是，因為寒武紀時期我國短少接連完好的碳酸鹽巖堆積，研討人員很難就其時的碳同位素反常改變等問題展開深入研討。

經過比照該時期的全球地層材料，朱茂炎等發現，俄羅斯西伯利亞區域或許可認為處理這一科學問題供給要害信息。

西伯利亞勒拿河濱峻峭的寒武紀前期碳酸鹽巖地層剖

西伯利亞區域的寒武紀前期地層剖面不只化石豐厚，更重要的是由一套接連的碳酸鹽巖堆積構成，記載了該時期全球海水碳同位素、硫同位素等的完好演化進程，從而為提醒該時期海水化學改變與生物演化進程之間的相關性供給了牢靠的研討材料。

科研人員在收集樣品，你看到他們了嗎？

經過與俄羅斯同行協作，該團隊于2008年在西伯利亞無人區展開了野外工作，收集了一套寶貴的寒武紀前期碳酸鹽巖地層樣品。

隨后，由來自南京古生物所、南京大學，英國倫敦大學學院、利茲大學、蘭卡斯特大學、牛津大學和俄羅斯莫斯科國立大學的科學家組成的中英俄協作團隊，在該區域具體的地層學和生物化石多樣性演化研討的根底上，對這套樣品展開了體系的無機碳同位素和硫酸鹽硫同位素試驗剖析和數學模型核算，預算了其時大氣和淺海氧氣含量的改變。

西伯利亞寒武紀前期碳和硫同位素演化曲線

成果令人興奮

生物地球化學循環模型核算標明，該區域海水碳、硫同位素在寒武紀前期距今5.24億年至5.14億年期間發作了五次同步改變。當海水碳、硫同位素同步側重（正反常）時，標明有機碳和黃鐵礦埋藏量添加，導致氧氣產值的快速添加；當海水碳、硫同位素同步偏輕（負反常）時，標明有機碳和黃鐵礦埋藏量削減，導致氧氣產氧量的削減。碳、硫同位素改變起伏反映了大氣和淺海中氧氣含量的改變起伏。而距今5.14 億年之后碳、硫同位素的不同步改變則反映了海水的遍及缺氧。

碳、硫同位素循環與質量平衡示意圖

歸納生物地層材料研討標明，距今5.24億年至5.14億年之間的一千萬年時刻內，也便是寒武紀大迸發的頂峰時期，碳、硫同位素值與氧氣產值發作的同步動搖的次數和起伏，與該時期動物化石多樣性改變的次數和起伏在時刻上高度符合！換句話說，每次氧氣產值添加，動物多樣性就顯著添加，氧氣產值削減，動物多樣性則隨之下降?

而在距今5.14 億年之后的大約兩百萬年間，碳、硫同位素之間的改變則是不同步的，碳同位素堅持顯著的負反常，硫同位素頻頻動搖，顯現海水遍及缺氧。偶然的是，這一時刻內發作了全球性寒武紀動物群的大滅絕。

西伯利亞寒武紀前期碳、硫同位素（左）和氧氣生產值（中）與動物多樣性（右）之間的聯系，顯現動物多樣性與產氧量成正比。

這一研討初次選用定量模型證明了寒武紀大迸發的幕式進程受控于大氣和海洋的氧氣含量改變，而發作在5.14 億年左右的寒武紀動物群大滅絕事情是海水缺氧形成的。

此外，該研討也從試驗方法學上證明，碳酸鹽巖中微量硫酸鹽硫同位素也能夠很好地用于示蹤古代海水硫的循環。