新的研究表明，寒武纪生命大爆发（地球生命史上最重要的插曲之一）可能是由氧气含量的轻微增加引发的。该团队利用来自国际科学家联盟的数据表明，氧气含量的轻微变化可能足以引发我们在化石记录中看到的重大进化飞跃。
寒武纪生命大爆发是什么？
这寒武纪生命大爆发大约 5.4 亿年前，它带来了一次快速的进化，导致地球上的生命更加多样化。在此之前，生命主要由以及更小的多细胞生物。但化石记录表明，在 2000 万到 3000 万年内——基本上是地质时间中的一次心跳——我们看到大量复杂生物的出现。每个新物种都有自己奇特而新颖的身体结构，具有矿化外壳、抓握附肢和眼睛等感觉器官等特征。
“我们从这个时代的岩石中观察到的特定动物化石对我们来说可能看起来很奇怪而且很奇妙，”理查德·斯托克博士这项新研究的主要作者、南安普顿大学的古生物学家向 IFLScience 解释说，“但它们所扮演的生态角色与我们今天所熟知和喜爱的海洋动物非常相似。”
“弄清地球海洋宜居性（在地质学上）快速转变是否有环境诱因，对于我们理解我们的生物圈，甚至可能理解其他星球的宜居性，是一个至关重要的问题。”
科学的不确定性
几十年来，科学家一直认为寒武纪生命大爆发是由大气中氧气的突然激增引发的，这导致接近今天的水平。
然而，这方面的证据有限、分散，有时甚至相互矛盾。
斯托基补充道：“作为一个社区，我们一直在根据古代沉积物的化学成分，平衡多种不同的证据。”
“其中一些似乎表明寒武纪生命大爆发前后发生了一次大规模的氧化事件，而另一些似乎表明这种规模的氧化事件直到大约 1.4 亿年后才发生。”
但通过进行全面的大规模数据分析，斯托基和同事发现，寒武纪生命大爆发时大气中的氧气实际上只出现了少量增加。
我们已经证明，海洋氧含量的这些变化很可能发生在它们可以在我们所看到的所谓的寒武纪生命大爆发期间的重大生态和进化变化中发挥了关键作用。
理查德·斯托克博士
他们通过分析数据，了解在海底低氧环境中形成的沉积岩中铀和钼的含量。. 这些金属的浓度可以用于评估海洋含氧量，本质上提供了一种研究 7 亿年历史中海洋含氧量的方法。
过去，研究发现寒武纪生命大爆发期间黑色页岩中存在金属痕迹，但这些研究基于从当地因素可能导致金属浓度升高的地点收集的数据。但统计和机器学习技术使斯托基和他的团队能够评估更大规模的数据，并将其与海洋模型相匹配，从而更好地了解历史氧气水平。
他们发现，黑色页岩中有机碳的变化导致了微量金属的变化，研究人员在过去 15 到 20 年间一直观察到这种变化。
“直到寒武纪生命大爆发 1.4 亿年后，也就是泥盆纪时期，我们才看到微量金属元素的增加速度，足以表明整个海洋都充氧了，”斯托基在一篇陈述。
澄清氧气记录
黑色页岩数据是沉积地球化学和古环境项目的一部分。这是该领域首个将地球化学数据整合到标准化数据集中以供协作和大规模分析的研究联盟。
斯托基告诉 IFLScience：“我们的社区驱动方法对于这项研究的实现至关重要。”
我们发现，沉积物通常对于构造沉积岩的化学成分非常重要，影响着地球化学家用来重建海洋氧合情况的记录。
地质学家是研究关键环境变化的专家，但他们也有局限性。
“地质学历来是一门描述性很强的科学，描述性数据通常很难融入最先进的数据科学和机器学习技术中。通过与最初描述和收集我们在本研究中使用的特定样本的地质学家合作，我们能够使用通用的语言和词汇来描述我们使用的来自不同地理位置和时间段的岩石之间的差异。”
有了这些通用词汇，研究人员就可以应用使用这些“地质知识”的复杂数据科学技术来解决类似这里正在研究的重要问题。
我们已经证明，海洋含氧量的变化很可能发生在它们可以在所谓的寒武纪生命大爆发期间，我们看到了重大的生态和进化变化，而这些变化在其中发挥了关键作用。我非常兴奋地继续研究这些变化在多大程度上真正做过“推动这些变化？”斯托基总结道。
“我认为，我们可以向那些研究环境变化对现代海洋影响的研究人员学习很多东西，同时也可以继续开发将地质和古生物学知识转化为强大数据集的技术，并用现代数据科学进行严格测试。”
该研究发表于自然地球科学。
