作者:宗华 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/11/22 22:20:33
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氧气消失 海洋动物进化

 

一种刺头鱼游过南加州湾的氧含量最小层。

图片来源:Nautilus Live (Ocean Exploration Trust)

一项最新研究发现,动物需要氧气才能生存,但地球古代海洋中的相对缺氧帮助了早期海洋生物进化。科学家表示,缺氧为约5.4亿年前的寒武纪大爆发提供了机会。此项发现是在对海洋和大气中的氧含量如何在遥远的过去发生波动有了更好的了解后作出的,并且可能改变科学家如何看待动物进化。

如今,根据地区的不同,典型的表层海水每升含有5.4~8毫升溶解氧。不过,氧含量较低或者接近缺氧的海水以氧含量最小层(OMZ)的形式存在。美国加州大学河滨分校生物地球化学家Lyons介绍说,一些关于海洋化学的最新研究显示,在一些古老的时代,海洋动物生活的世界“氧含量很低”。“在这些时间段,大部分海洋可能同今天的OMZ类似。”

来自英国爱丁堡大学的古生物学家Rachel Wood和来自华盛顿史密森学会国家自然历史博物馆的Douglas Erwin开始着手研究动物王国如何对较低的氧含量作出响应。

研究发现,在动物进化历史的最早期,即6.35亿~5.4亿年前的埃迪卡拉纪,低氧条件统治海洋;在随后的寒武纪时期(开始于5.4亿年前),含有更多氧气的海水出现,同时很多关键的动物特性,比如心脏、中枢神经系统、口器以及产生四肢和骨架的能力随之出现。随着氧含量变得更加可以忍受,拥有这些特征的动物群开始繁盛,并且填充了寒武纪大爆发的化石记录。不过,Erwin解释说,很多新的身体形态出现在爆发之前的“缺氧阶段”,而这最有可能出现于生活在古代生态系统边缘且几乎未留下化石记录的小型软体动物。

相同的事情发生在随后的两个阶段——海洋开始缺氧(持续了300万~400万年)的寒武纪时期以及动物生命繁盛的奥陶纪大辐射(其间,主要动物群的多样性飞快增加)。随后,约2.52亿年前,另一种缺氧事件同二叠纪—三叠纪灭绝关联起来。此后,化石记录显示,新的珊瑚和海绵物种以及像鱼龙一样的动物走向多样化。这些新的形式可能在低氧阶段出现,但一旦氧含量恢复,便迅速走向繁盛。研究人员在《生物学评论》杂志上报告了这一成果。(宗华)

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《科学》网站相关报道(英文)

 
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