新的研究表明，寒武紀大爆發是地球生命故事中最重要的插曲之一，可能是由氧氣水平的小幅上升引發的。研究小組利用國際科學家聯盟的數據集表明，氧氣水平的適度變化可能足以導致我們在化石記錄中看到的重大進化飛躍。
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什麼是寒武紀大爆發？
這寒武紀大爆發發生在大約 5.4 億年前，並帶來了快速的進化爆發，導致地球上的生命更加多樣化。在此之前，生活主要由和較小的多細胞生物。但化石記錄表明，在 20 至 3000 萬年之內（基本上是地質時間內的一次心跳），我們看到了各種各樣的複雜生物的出現。每個新物種都有自己奇怪而新穎的身體結構，具有礦化貝殼、抓握附肢和眼睛等感覺器官等特徵。
“我們在這個時代的岩石中觀察到的特定動物化石對我們來說可能看起來既奇怪又奇妙，”理查德·斯託基博士這項新研究的主要作者、南安普頓大學的古生物學家向 IFLScience 解釋道，“但它們所扮演的生態角色與我們今天所了解和喜愛的海洋動物非常相似。”
“弄清楚地球海洋宜居性的這種（地質上）快速轉變是否有環境觸發因素，是我們了解生物圈的基礎問題，甚至可能對其他行星的宜居性至關重要。”
科學的不確定性
幾十年來，科學家們一直認為寒武紀爆發是由大氣中氧氣突然激增引發的，這導致了寒武紀爆發的發生。接近他們今天的樣子。
然而，這方面的證據有限、分散，在某些情況下甚至是矛盾的。
“作為一個社區，我們一直在根據古代沉積物的化學成分平衡許多不同的證據，”斯託基補充道。
“其中一些似乎表明寒武紀爆發周圍發生了一次大型氧化事件，而另一些似乎表明這種規模的氧化直到大約 1.4 億年後才發生。”
但通過進行全面、大規模的數據分析，斯託基和同事發現，在寒武紀大爆發時，大氣中的氧氣實際上只發生了小幅增加。
我們已經證明，海洋氧合的這些變化很可能發生在它們可以在我們在所謂的寒武紀大爆發期間看到的重大生態和進化變化中發揮了關鍵作用。
理查德·斯託基博士
他們通過分析顯示世界底部低氧環境中形成的沉積岩中所含金屬鈾和鉬含量的數據來做到這一點。。這些金屬的濃度對於評估海洋氧氣水平很有用，本質上提供了一種研究 7 億年曆史的方法。
過去，研究曾在寒武紀大爆發期間在黑色頁岩中發現金屬痕跡，但這些研究基於從當地因素可能導致金屬濃度增加的地點收集的數據。但統計和機器學習技術使斯託基和他的團隊能夠評估更大範圍的數據，並將其與海洋學模型相匹配，從而更好地了解歷史氧氣水平。
他們發現，黑色頁岩中有機碳的變化導致了微量金屬的變化，這是研究人員在過去 15 到 20 年裡一直觀察到的。
斯託基在一份報告中解釋道：“直到寒武紀大爆發之後的 1.4 億年，即泥盆紀時期，我們才看到微量金屬以表明整個海洋氧化的速度增加。”陳述。
刷新氧氣記錄
黑色頁岩數據是沉積地球化學和古環境項目的一部分。這是該領域首個研究聯盟，將地球化學數據整合到標準化數據集中，以進行協作和大規模分析。
“我們的社區驅動方法對於使這項研究成為可能絕對至關重要，”斯託基告訴 IFLScience。
“我們發現，環境條件沉積物通常對於構造這些沉積岩的化學成分非常重要，影響地球化學家用來重建海洋氧合的記錄。 ”
地質學家是找出關鍵環境變化的專家，但他們也有局限性。
“地質學在歷史上一直是一門描述性科學，描述性數據通常很難融入最先進的數據科學和機器學習技術中。通過與最初描述和收集我們在本研究中使用的特定樣本的地質學家合作，我們能夠使用通用的語言和詞彙來描述我們使用的來自不同地理位置和時間段的岩石之間的差異。”
有了這個通用詞彙，研究人員就可以應用複雜的數據科學技術，利用這種“地質知識”來解決像這裡正在研究的問題這樣的重要問題。
“我們已經證明，海洋氧合的這些變化可能發生在它們可以在我們在所謂的寒武紀大爆發期間看到的重大生態和進化變化中發揮了關鍵作用。我真的很高興能夠繼續調查這些變化的真正程度做過推動這些變化，”斯託基總結道。
“我認為我們可以向研究現代海洋環境變化影響的研究人員學習很多東西，並繼續開發將地質和古生物學知識轉化為可以用現代數據科學嚴格測試的強大數據集的技術。”
該研究發表於自然地球科學。
