想象一个世界，您需要的氧气在白天和黑夜之间发生巨大变化。
您的世界从白天富含氧气（毒性）转变，因此您有能量寻找食物，晚上令人窒息的无氧（缺氧），这会使您慢下来。
现在，想象早期动物试图在如此极端的环境中生存。这是大约五十亿年前的海洋和海洋早期动物生活的现实。这也是动物多样性蓬勃发展的时候“寒武纪爆炸”。
我团队的新研究表明这些剧烈的氧气波动在这个戏剧性时期起着至关重要的作用。
几十年来，科学家一直在辩论什么引发了这种进化爆发。许多科学家已经指出了长期的大气变化，其中增加的氧气水平据说促使动物生命形式的数量变化。
然而，在过去的几年中，增加大气氧的观点是动物崛起的简单触发因素已经受到质疑。
我们的新学习揭示了一个不同的，通常被忽略的因素。每天在浅海的氧气水平挥杆可能会强调早期动物（当今所有动物生命的祖先），促使它们以助长多样化的方式适应。
我们认为恶劣的条件触发了这一点，而不是推动变化的良好条件。
我们使用了一个计算机模型，该模型今天可以模仿阳光海底的海底。该模型考虑了生命可以产生或消费的东西，还考虑了温度，阳光和不同类型的沉积物或水如何影响整体条件。
使用这种所谓的“生物地球化学模型”，我们表明，在温暖的浅水中，氧气水平在白天和夜间在寒武纪（当氧气通常低于今天的氧气）之间显着波动。
白天，海洋藻类的光合作用产生了许多氧气，从而产生了完全氧化的环境。但是到了晚上，当光合作用停止时，由于没有光，氧气在呼吸时被藻类迅速消耗（使用能量和氧气来执行细胞功能），从而导致缺氧条件。
氧气利用率中的每日盛宴周期对早期动物造成了巨大的生理挑战，迫使它们发展适应以处理营养的波动。对于那些可以处理这些波动的人，改编为他们带来了竞争优势。
这时，世界各地海洋的浅色沙滩式架子环境也大大扩展，因为超大型大陆（称为Rodinia）变成了较小的碎片。
这增加了大陆地壳的总周长，从而创造了更多的大陆边缘，在阳光，养分和生命可以相互作用的情况下。这些新大陆也被洪水淹没，如此浅，阳光的海底地区扩大了更远。
阳光海洋环境往往是最丰富的营养素。适应每日氧气波动的物种可以更容易地进入这个宽敞的栖息地中的营养。容忍压力的物种将赢得比赛。
压力如何驱动进化
生理压力通常被视为生存的障碍。但这可能是进化创新的催化剂。即使在今天，忍受极端环境的物种也经常发展出使其更适应能力的专业特征。
我们的研究表明，在寒武纪中发挥了类似的模式。动物进化了应对浅海架子smörgåsbord上氧气水平波动的压力的方法。
一个关键的适应可能是有效感知和响应氧气波动。
该性状受细胞控制系统的调节 - 一种分子途径，可适应细胞对外部条件的反应。在寒武纪爆炸时可能出现的控制系统称为HIF-1α（低氧诱导因子1）。
在现代动物中，该系统可帮助细胞检测并适应氧气状况的变化，控制过程像能量代谢和协调单元的功能。
但是，HIF-1α具有对毒素（例如硫化氢）的耐药性，硫化氢是缺氧条件的常见副产品。
我们的建模表明，具有高级氧气感应机制的动物将在寒武纪海底的波动条件下具有生存优势，从而使它们能够在没有这种能力的情况下胜过物种。
从恶劣的环境到动物多样性
如今，在高生物学竞争和生态复杂性的条件下，热带雨林和珊瑚礁等生物多样性热点蓬勃发展。
但是，在极端环境中，生存取决于承受严格的身体状况而不是与其他物种竞争，不同的进化压力发挥了作用。任何针对导致生存增加的压力的适应也将有效地遗传。
应对这些快速变化的能力可能使某些动物谱系在其他动物上壮成长，从而导致出现更复杂和适应能力的生命形式。
如今，我们所知道的所有具有组织的动物（几层细胞）都使用HIF来维持正常的维持或稳态（称为稳态）。该分子途径对于建立组织和愈合组织至关重要。
这些细胞中的这些“控制旋钮”甚至被认为对于动物生命如何变大至关重要如长颈鹿，大象和人类。
这个新模型挑战了传统观点，这些观点仅着眼于大规模的地质变化，这是早期动物进化的主要驱动因素。
各个生物体面临的局部规模挑战，例如在富氧和含氧饥饿的条件之间生存的每日波动 - 在塑造进化过程中同样重要。
艾玛·哈马伦德（Emma Hammarlund），地球生物学副教授，隆德大学
