“雪球地球”或引发动物进化

2010-11-05 11:02 来源: 中国科学院
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  对于像我们这种密集呼吸的动物而言,地球的大部分历史时期都是不适宜生存的。只有在5亿多年前,氧气遍布于空气并溶解于海洋中,才向那些比一只海绵更活跃的动物的进化敞开了大门。如今,研究人员或许已经找到了有关这次动物发展的一个令人惊讶的触点:威胁要消灭所有地球生命的环绕全球的冰川期。

  美国马萨诸塞州伍兹霍尔海洋学研究所的生物地球化学家Noah Planavsky和他的同事在日前的《自然》杂志网络版上报告说,他们在“雪球地球”冰川作用——在这一事件中,冰川包裹了,或者几乎包裹了整个地球——和5亿多年前激发生命的氧气的出现之间找到了一种可能的关联。他们测量了在古海洋中形成的富含铁的矿物中的含量,并以此作为海水中磷含量的标准。研究人员发现,在过去的30亿年中,磷的丰度变化不大,其中只有一个例外:从约7.5亿年前持续到约6.35亿年前的一次比通常水平升高了数倍的激增。

  磷水平在当时的一次激增很好地契合了动物进化的一个新兴的局面。研究人员曾经注意到,两次雪球地球事件大致恰逢化石记录中最早期动物的出现。这意味着冰川作用触发了进化飞跃,然而它是如何做到这一点的呢?

  在由Planavsky和他的同事所提供的方案中,雪球冰原就像它们的现代副本那样会磨碎大陆岩石,并当冰川退却时释放出磷。这些磷会被冲刷进入海洋,在那里它们为藻类的兴盛提供了养料,进而促使有机物质和氧气的形成有了一个大幅的增长。而进入海底淤泥中的更多的有机物质将为日后留下更多的氧气,并最终提高大气和海洋中的氧气含量。

  这个故事中的一处明显差错就在于磷在海洋中的短暂寿命。有一种意见认为,雪球地球上的冰川只发生过一次退却——在一个1000万年之久的冰川期的末端。它所产生的一个短暂的磷波动不会对进化产生影响。但是合著者、美国加利福尼亚大学河畔分校的生物地球化学家Timothy Lyons表示,在这一过程中,随着冰原反复地前进与后退,即便仅有的一次雪球地球事件也能够导致磷浓度的升高。

  欧登塞市丹麦南方大学的生物地球化学家Donald Canfield指出,磷与冰川作用和氧气以及由此而来的进化之间的关系“是一种具有极大吸引力的可能性”。Canfield说:“但他们还没有获得连续的(地质学)记录以证明这一点。在原则上,这是一个可以试验的假设;这也是工作的价值所在。”