想像一個世界，您需要的氧氣在白天和黑夜之間發生巨大變化。
您的世界從白天富含氧氣（毒性）轉變，因此您有能量尋找食物，晚上令人窒息的無氧（缺氧），這會使您慢下來。
現在，想像早期動物試圖在如此極端的環境中生存。這是大約五十億年前的海洋和海洋早期動物生活的現實。這也是動物多樣性蓬勃發展的時候“寒武紀爆炸”。
我團隊的新研究表明這些劇烈的氧氣波動在這個戲劇性時期起著至關重要的作用。
幾十年來，科學家一直在辯論什麼引發了這種進化爆發。許多科學家已經指出了長期的大氣變化，其中增加的氧氣水平據說促使動物生命形式的數量變化。
然而，在過去的幾年中，增加大氣氧的觀點是動物崛起的簡單觸發因素已經受到質疑。
我們的新學習揭示了一個不同的，通常被忽略的因素。每天在淺海的氧氣水平揮桿可能會強調早期動物（當今所有動物生命的祖先），促使它們以助長多樣化的方式適應。
我們認為惡劣的條件觸發了這一點，而不是推動變化的良好條件。
我們使用了一個計算機模型，該模型今天可以模仿陽光海底的海底。該模型考慮了生命可以產生或消費的東西，還考慮了溫度，陽光和不同類型的沉積物或水如何影響整體條件。
使用這種所謂的“生物地球化學模型”，我們表明，在溫暖的淺水中，氧氣水平在白天和夜間在寒武紀（當氧氣通常低於今天的氧氣）之間顯著波動。
白天，海洋藻類的光合作用產生了許多氧氣，從而產生了完全氧化的環境。但是到了晚上，當光合作用停止時，由於沒有光，氧氣在呼吸時被藻類迅速消耗（使用能量和氧氣來執行細胞功能），從而導致缺氧條件。
氧氣利用率中的每日盛宴週期對早期動物造成了巨大的生理挑戰，迫使它們發展適應以處理營養的波動。對於那些可以處理這些波動的人，改編為他們帶來了競爭優勢。
這時，世界各地海洋的淺色沙灘式架子環境也大大擴展，因為超大型大陸（稱為Rodinia）變成了較小的碎片。
這增加了大陸地殼的總周長，從而創造了更多的大陸邊緣，在陽光，養分和生命可以相互作用的情況下。這些新大陸也被洪水淹沒，如此淺，陽光的海底地區擴大了更遠。
陽光海洋環境往往是最豐富的營養素。適應每日氧氣波動的物種可以更容易地進入這個寬敞的棲息地中的營養。容忍壓力的物種將贏得比賽。
壓力如何驅動進化
生理壓力通常被視為生存的障礙。但這可能是進化創新的催化劑。即使在今天，忍受極端環境的物種也經常發展出使其更適應能力的專業特徵。
我們的研究表明，在寒武紀中發揮了類似的模式。動物進化了應對淺海架子smörgåsbord上氧氣水平波動的壓力的方法。
一個關鍵的適應可能是有效感知和響應氧氣波動。
該性狀受細胞控制系統的調節 - 一種分子途徑，可適應細胞對外部條件的反應。在寒武紀爆炸時可能出現的控制系統稱為HIF-1α（低氧誘導因子1）。
在現代動物中，該系統可幫助細胞檢測並適應氧氣狀況的變化，控製過程像能量代謝和協調單元的功能。
但是，HIF-1α具有對毒素（例如硫化氫）的耐藥性，硫化氫是缺氧條件的常見副產品。
我們的建模表明，具有高級氧氣感應機制的動物將在寒武紀海底的波動條件下具有生存優勢，從而使它們能夠在沒有這種能力的情況下勝過物種。
從惡劣的環境到動物多樣性
如今，在高生物學競爭和生態復雜性的條件下，熱帶雨林和珊瑚礁等生物多樣性熱點蓬勃發展。
但是，在極端環境中，生存取決於承受嚴格的身體狀況而不是與其他物種競爭，不同的進化壓力發揮了作用。任何針對導致生存增加的壓力的適應也將有效地遺傳。
應對這些快速變化的能力可能使某些動物譜系在其他動物上壯成長，從而導致出現更複雜和適應能力的生命形式。
如今，我們所知道的所有具有組織的動物（幾層細胞）都使用HIF來維持正常的維持或穩態（稱為穩態）。該分子途徑對於建立組織和癒合組織至關重要。
這些細胞中的這些“控制旋鈕”甚至被認為對於動物生命如何變大至關重要如長頸鹿，大象和人類。
這個新模型挑戰了傳統觀點，這些觀點僅著眼於大規模的地質變化，這是早期動物進化的主要驅動因素。
各個生物體面臨的局部規模挑戰，例如在富氧和含氧飢餓的條件之間生存的每日波動 - 在塑造進化過程中同樣重要。
艾瑪·哈馬倫德（Emma Hammarlund），地球生物學副教授，隆德大學
