氧气含量控制了寒武纪大爆发的过程

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原文链接:http://www.cas.cn/syky/201905/t20190507_4691095.shtml

  作为地球上最复杂的生命,动物在大约5.4亿年前的寒武纪早期爆发式出现的观点,被越来越多的化石发现所证实。然而,百年来古生物化石发现却留给人们一个自达尔文以来一直未解的谜题,也就是大家所熟知的“寒武纪大爆发之谜”。即是什么控制着寒武纪大爆发的发生?这是当今演化生物学和地球科学共同关注的重大基础前沿科学问题。

  近期,由中国科学院南京地质古生物研究所研究员朱茂炎和英国伦敦大学学院教授Graham Shields领导的中英俄国际合作团队,给这一科学难题提供了新的答案。他们通过对西伯利亚寒武纪早期碳酸盐岩地层的碳、硫同位素研究,揭示了大气和海洋的氧气含量控制着寒武纪大爆发的过程。这一最新研究成果于5月6日在线发表在英国《自然-地球科学》(Nature Geoscience)

  早在2006年,朱茂炎团队就提出了阶段性辐射和灭绝的寒武纪大爆发过程模型,并发现动物早期演化的阶段性辐射和灭绝过程,与海水碳同位素的异常变化存在耦合关系。但是,这种相关性之间的具体原因和机制一直不明。

  俄罗斯西伯利亚是解决这一科学问题的关键地区,因为该地区的寒武纪早期地层剖面不仅化石丰富,更重要的是由一套连续的碳酸盐岩沉积序列构成,记录了该时期全球海水碳同位素的完整演化过程,从而为揭示该时期包括碳、硫同位素等海水化学变化与生物演化过程之间的相关性提供了可靠研究材料。

  通过与俄罗斯同行合作,该团队于2008年在西伯利亚开展了野外工作,采集了一套珍贵的寒武纪早期碳酸盐岩地层样品。随后,由来自南京古生物所、南京大学,英国伦敦大学学院、利兹大学、兰卡斯特大学、牛津大学和俄罗斯莫斯科国立大学的科学家组成的中英俄合作团队,在详细的地层学和生物化石多样性演化研究的基础上,对这套样品开展了系统的碳、硫同位素实验分析和数学模型计算,获得了令人兴奋的研究结果。

  生物地球化学循环模型计算表明,该地区海水碳、硫同位素在寒武纪早期距今5.24亿年至5.14亿年期间发生了五次同步变化。当海水碳、硫同位素同步偏重(正异常)时,表明有机碳和黄铁矿埋藏量增加,导致氧气产量的快速增加;当海水碳、硫同位素同步偏轻(负异常)时,表明有机碳和黄铁矿埋藏量减少,导致氧气产氧量的减少。碳、硫同位素变化幅度反映了大气和浅海中氧气含量的变化幅度。而距今5.14 亿年之后碳、硫同位素的不同步变化则反映了海水的普遍缺氧。

  综合生物地层资料研究表明,在寒武纪早期距今5.24亿年至5.14亿年之间的一千万年时间内,也就是寒武纪大爆发的高峰时期,海水碳和硫同位素值发生的同步波动的次数和幅度,与动物化石多样性变化的次数和幅度在时间上高度吻合。而在距今5.14 亿年之后的大约两百万年间,碳和硫同位素之间的变化则是不同步的,碳同位素保持明显的负异常,硫同位素频繁波动。巧合的是这一时间内发生了全球性寒武纪动物群的大灭绝。

  这一研究首次采用定量模型论证了动物的寒武纪大爆发的幕式过程受控于大气和海洋的氧气含量变化,而发生在距今5.14 亿年左右的寒武纪动物群大灭绝事件是海水缺氧造成的。

  此外,该研究也从实验方法学上证实,碳酸盐岩中微量硫酸盐硫同位素也可以很好地用于示踪古代海水硫的循环。

论文链接:http://www.nature.com/articles/s41561-019-0357-z

氧气含量控制了寒武纪大爆发的过程
西伯利亚勒拿河边陡峭的寒武纪早期碳酸盐岩地层剖面

氧气含量控制了寒武纪大爆发的过程
西伯利亚寒武纪早期碳和硫同位素演化

氧气含量控制了寒武纪大爆发的过程
西伯利亚寒武纪早期碳、硫同位素和氧气生产量变化与动物多样性之间的关系


网友评论:
说真的寒武纪物种大爆发应该算是真正概念上的生物竞争的开始吧。
我自从开始了解古生物学后就一直觉得现代人类社会搞的什么竞争机制是完全胡乱理解走偏的产物。其实人家真正竞争了几亿年的竞争史和我们人类目前搞的竞争机制完全不是一码事,连追求都截然不同。

那么古生物的竞争是咋样的呢

随便举两点来说,一个是并不是追求更强,而是追求更适应现在的版本。二是自然选择造成物种多样性。

宏观来看是对环境的适应,无奈人类的寿命和历史太短,视角有限,很多人对进化想到的都是军备竞赛
答案是氧
竞争就是看一个苟啊

蓝藻苟了几十亿年了,全部版本更新大灭绝全都抗过去

所以亚伯拉罕教就是文明的毒瘤,文明的寄生虫
你错了,之前人类是在优势道路上特化的过程。其他很多动物都会如此。后来发明金属工具,工业革命啥的就完全的轮外了。

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寒武纪之前是pve,之后是PVP

每次大灭绝是PvE,之后是PVP。寒武纪大爆发是多细胞生命PVP的开始。

—— 来自 Xiaomi Mi Note 3, Android 8.1.0上的 v2.1.2

寒武纪之前是大家都老老实实的抢资源式pve。比的是谁抢资源快
之后发现可以野外pvp,然后就是先pvp抢位置然后再pve,或者只pvp。
寒武纪生命大爆发本质是pvp的出现导致选择和淘汰率大幅度提升,进化就被加速了。
生命改变了环境

改变后的环境导致物种大爆发

大爆发的物种再次改变环境

改变后的环境导致物种大灭绝

生命在作,地球在看啊

别把人类看的太高了。虽然人类确实是大脑特化达到顶点的生物,但就现在的情况而言,仅仅奥陶纪末大灭绝都的情况都很有可能灭掉人类文明。实际上,现在我们人类甚至连抵抗估算的奥陶纪末大灭绝的伽马射线爆的变压器都造不出,光这一点就足够让全球的电力瞬间全灭毁掉现代文明。这还是不提大气氮氧被射线爆破坏成毒素的情况下。
更别说,奥陶纪末大灭绝其实在大灭绝中还算相对温和的。

其实寒武纪物种大爆发后还是PVE为主导。虽然确实PVP开始冒头的情况,但大体还没激烈到这种程度。至少混子还混得下去。
真正开始玩命PVP应该说是泥盆纪游泳生物革命之后的事,那之后混子基本都难混了。
古生物那巨大的体型和含氧量有关吗

有关,而且是直接原因。

不孝有三,无后最大

现在坛里大多数人的论点不一直都是伽马射线爆是最不可抗力的嘛?其他还可能因为时效,影响区域等等因素苟住。当然,维持目前的社会结构和文明规模是决计不可能的。

其实个人感觉,说不定伽马射线暴还是人类目前最有希望抵抗的一种不可抗力。至少能够抵抗伽马射线爆的变压器和大气分离装置之类的还是在未来可见范围内可以期待的东西。(当然就算弄出来了相当长时间内是没办法铺开到全球,但保存人类文明估计是可以期待一下)
二叠纪末大灭绝那种情况才真是绝户技,除非点出星辰大海科技树,否则没有任何希望。
部分物种例如巨型昆虫是有很明确的关系的。

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能抵抗伽马射线爆这种能量级别的装置我实在是无法想象。就算是广角边缘的擦边球,照一下也要被烤干了吧。。。
关于陨石撞击这种类型的,中心区域和影响半径就算再大也会有一个大约的范围。抛开这部分,只要不被撞击产生的冲击波一次性全灭的话,后续因为撞击产生的环境改变等等因素,感觉以人类现在的技术力,应该也是有办法可以保持族群存续的。

哪有,你看看噬菌体的多样性和巨大的数量,pvp老早就开始了而且比多细胞生物血腥多啦

— from vivo NEX S, Android 9 of Next Goose v2.1.2

三叶虫给了运营商一记中指并退出了游戏

—— 来自 samsung SM-G9500, Android 8.0.0上的 v2.1.2

地下设备啊。通过光纤提供能量,自身生活在地下,希望还是有的。
而二叠纪那种大气全面崩盘,大概有30万年不见阳光,没有任何能量的情况……我是真找不到人类任何离开地球外的活命办法了。就算是大气分离装置总也需要能量运作,30万年无光情况连地下都不能指望能源了。
实际上,二叠纪末大灭绝那次就算是深海生物都快苟不下去了,好像有说法只要再黑个5万年地球基本就倒回无生命状态了。


三叶虫好像真的差点就苟过去了。二叠纪大灭绝的前一半——前乐平世海洋动物大灾变都熬过去了。一直生生熬到了2.51的大后半,就差一点点熬过2.50。
说实话以三叶虫的苟活能力只要熬到2.50,活到现在恐怕还真没什么太大问题。

鲎也是同时代吧

抗住了多次大灭绝,但是因为好吃,遇到恐怖直立猿…………

其实对于人类苟在地下不是非常看好,先不说食物和环境、能量等等因素。就那种灾难下的大陆板块移动、火山喷发造成的地震肯定不计其数,远不是现在这样的数量和规模。
三叶虫不是竞争不过鱼类么

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脊椎动物优越性太大了

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二叠纪那种大气全面崩盘,大概有30万年不见阳光,
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没有30万年不见阳光,火山灰飘不了那么久,有雨就下下来了。


其实……说个不可思议的事……
二叠纪光西伯利亚火山熔岩覆盖的层面就是7万年……也就是说,火山爆发至少持续几万年……连同各地熔岩断层分析,说不定有10万年要遭遇火山灰问题。更不可思议的是,熔岩玄武岩覆盖的厚度超过600米,从断层分析,指不定15-20万年都是有可能的……这就很可怕了。
而之后的阳光阻隔的已经不是火山灰的问题了,而是二氧化硫和二氧化碳,情况大概有点类似于金星——金星地表也是看不到阳光的。

陆地动物没死光说明肯定有阳光 空气还行

鲎不好吃,但是血液中有铜离子,所以是重要的生物试剂

—— 来自 samsung SM-G9500, Android 8.0.0上的 v2.1.2

不是很理解,求纤细解释

个人觉得味道还可以… 吃过一次……

海洋热泉生物应该能苟过去,毕竟是极少数不靠太阳供能生存的生物群体

大部分热泉生物连第一波的前乐平世海洋动物大灾变都熬不过。
因为全球暗化本身就来自于地壳变动火山喷发等一系列的玩意,而热泉生物的生活环境……这不是首当其冲不是被直接烫死就是被酸化干掉吗?

那玩意真的有肉?

—— 来自 samsung SM-G9500, Android 8.0.0上的 v2.1.2


没用的,三叶虫每次都是大量被绝种,种群多样性每次都是腰斩,后面都直接巴掌大的小虫子了还是苟不下去,根本就没有竞争力

制药厂好歹能活不少,而且抽完血很多都给放生了,倒是莫名其妙的野味真心逮到了就是死


其实……苟到最后的蚜头虫目远远没有巴掌大。三叶虫主要的问题其实还是在生活的位置太单一,而且单一也就算了,还不够极端。

说白了缺乏适应能力,还不够能生,没有大灭绝生态位也要被新生的鱼类软体类挤掉慢慢灭绝

并不是好吃的问题,是被发现可以提取鲎试剂,才被大规模捕捞,客观的说味道其实很一般,还没肉。
物种大灭绝真可怕

没有那么夸张,陆生脊椎动物都有30%活下来了,说明还是有光照能呼吸的

蓝藻自己就是祸害,凭一己之力搞了个大雪球差点扼杀全球生命于萌芽形态

主要原因是脊椎动物后天优势在-4.3前进化出大杀器——下颌。,和三叶虫由盛转衰的时间点基本契合。
但是就算这样也仍旧继续苟活了1.79(-2.519),最终躺在了二叠纪-三叠纪大灭绝末期(-2.52),假使再苟个0.1,可能真的看得到了。

怎么像中国历朝人口的变动。
一个新王朝诞生后进入稳定期,然后人**发。
然后耕地不够,有部分人口受餓而死。
然后引发动乱进入乱世,人口大量损失,大量耕地空余。
然后强者建立新王朝结束乱世,靠着空余耕地快速发展,人口增长。
然后一直循环下去

—— 来自 Sony G8142, Android 9上的 v2.1.0-play

建轨道电梯接巨型太阳板。
更简单的,其实核聚发电成功后能拖人类社会多少年?

—— 来自 Sony G8142, Android 9上的 v2.1.0-play


没看懂。不该是“氧气产量的快速增加” 导致 “黄铁矿生成增多、埋藏量增加”吗?
地球妈妈打个喷嚏,所有生物肝都要颤三颤
你们老讨论这几次物种大灭绝什么的,求推书单,关于这些内容的东西看看,谢谢

微信公众号:攀缘的井蛙
鲎是真的不好吃,腥气得很

物竞天择适者生存,哪个位面人类想到的是军备竞赛?
推荐b站芳斯塔夫 谢谢

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话说心脏扎个针放血之后扔回海里还能活吗?总觉得它死定了啊

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@fper
搜不到,名字没错吗?

----发送自 App for Android.
第一次(大氧化)是蓝藻自己搞出来的,第二次(雪球地球)也不能说和蓝藻没关系

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轨道电梯依托的同步轨道只有3万6千公里高,大气如果变成二氧化硫主体的话,顶部大气层会超过这个高度的。这个必须得高轨道空间站才行,但高轨道空间站其实已经是星辰大海科技树上的东西了。
大气氧含量再怎么低,也总比海水高。
限制石碳纪之后节肢动物体型的因素是生态位。


至于侏罗纪……那是显生宙中大气氧含量最低的一个年代了

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下颌主要还是让嘴变大了,硬骨鱼虽然出现的晚,但到现在捕食性的还是有多大嘴吃多大东西,不能动的才靠咬,能动的全靠吞

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最惨的时候是早侏罗纪,到不是三叠纪那次有多强,主要还是间隔太短了

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所以说社会达尔文主义就是胡扯?什么“同情弱者是对自然法则的亵渎”之类的……

社会达尔文主义就是典型的伪科学,曲解进化论的产物,达尔文表示这锅我不背

你去看看NGA和泥潭一些讨论进化的帖子就知道了……这世界上有明白高中生物的人相当有限

鲎好歹运动能力在当时算是挺强的了,毒圈跑得快才能苟啊
所以感觉鳍龙类才是最奇迹的。全头类板鳃类本来就是鱼,鱼龙和鲸类一千万长到十米,两千万年完成鱼型化,沧龙虽然差不多慢了50%但也是按这条路走的。只有神奇的鳍龙能在泥盆纪后再次用非鱼型化的体形压制鱼型生物……

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藍藻地球霸主

其实这里写的不太准确。
看了一下论文的附录,利用埋藏模型经过简单的消去其他未知量就可以得出氧气的生成率等于有机碳的埋藏速率加上两倍的黄铁矿的埋藏速率。
所以埋藏速率推动氧气生成率提高不太准确,应该是标志着氧气生成率的提高。

—— 来自 Xiaomi Mi Note 3, Android 8.1.0上的 v2.1.2

蓝藻自己就是版本更新.
客服:糟了,我们更新的蓝藻出了一大堆bug,全服大面积退游,怎么办!?
产品经理:不要慌,快更新公告,说这些都是新的feature!


所有的植物都是蓝细菌的宿主
太阳再有10多亿年就要增大到把所有海洋蒸发了,地球生物已经存在几十亿年,再有不到10亿年就要灭绝了,也就是现在差不多属于地球生物末期了吧,也算出现了灵长类生物,有机会带着地球生物逃离。

—— 来自 Xiaomi MIX 2, Android 8.0.0上的 v2.1.2

哪有10多亿年那么短,应该是40多亿年。

太阳变老是一个过程,在变成红巨星之前就会慢慢变大变热了。

—— 来自 Xiaomi Mi Note 3, Android 8.1.0上的 v2.1.2

那也是40亿年之后的事情了,不是10亿。

李森科主义和社会达尔文主义哪个更扯淡些

都是曾经流行一时,也都曾得到强权的背书(一个纳粹一个斯大林)

芳斯塔芙

这几个字吧。。

上龙这一系的明显也是在鱼型化的路线上了吧,时间长了未必不会像沧龙一样越来越鱼型化,只是不知道什么原因灭绝了

10亿年就对地球生物圈有影响了

进食工具真的很重要,脊椎动物有下颌,节肢动物中的昆虫有口器,软体动物有齿舌,在各自生态位上都有很高的效率,所以可以成为地球上动物中最兴旺的三个门。
鳍龙类一开始就把尾巴退化掉了,直接绝了鱼型化这条路

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这tm我就不懂了,为什么还有那么多刘磁芯的粉,黑暗森林跟社会达尔文主义有区别吗

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这很正常,当年严复翻译天演论正是为了引入社达而非进化论,因此在翻译的时候加入了很多私货也扭曲了赫胥黎的本义,包括“物竞天择适者生存”这八个字都是私货,赫胥黎这句话的原意是“最适应者生存,而非最强者生存”,严复加入了“竞”这个原文根本没有的意思,又抹掉了适应跟强弱无关这层意思,就是典型社达了

当然了严复引进社达是为了救亡图存,在当年那个情况来说无可指摘,但是也造成了个副作用,就是天朝大部分人对于进化论的理解从一开始就歪了,导致直到现在大部分人对于进化论的理解也还是错误的,把社达给当成了进化论



刘慈欣自己说他用这个理论写小说,不代表这个理论是真理
读者粉他,跟正确与否无关
那些经典科幻的作家,是有做出一些可以说精准的预言,但没有实现的远远超过实现的,没见人因为这个就说他们是错的,是瞎写,是伪科学吧