距今約5億4千萬年前的寒武紀早期，地球上最複雜的生命動物「爆發式」出現，為什麼有這種現象？由中國科學院南京地質古生物研究所參與領導的中英俄國際合作團隊，為這一科學難題提供了新的答案。原來是氧氣含量的大幅增加，直接導致寒武紀早期生物種類「井噴」現象。這一最新研究成果近日發表在英國《自然-地球科學》網站上。
中國科學院南京地質古生物研究所研究員朱茂炎指出，通過高精度的地球化學研究數據發現，海洋中氧氣增多時，物種數量明顯增加。研究人員發現，在寒武紀大爆發高峰時期，海水碳和硫同位素值發生的同步波動次數及幅度，與動物化石多樣性變化的次數及幅度在時間上高度吻合。「氧氣多了，生物多樣性就多了，物種數量明顯增加。5次變化中，西伯利亞的物種最多時增加到300多種。」
破古生物學、地質懸案
「寒武紀生命大爆發」這一現象被越來越多的化石發現所證實。但為什麼會出現寒武紀生命大爆發、爆發的過程又是怎樣的？一直是古生物學和地質學上的一大懸案。
朱茂炎介紹，淺水海洋中沉積的碳酸鹽岩（石灰岩）能記錄海水碳同位素資訊，是調查很好的切入口。研究人員在俄羅斯西伯利亞當地的寒武紀早期地層剖面開展野外工作，在勒拿河一片無人區的陡峭懸崖邊，採集了一套珍貴的寒武紀早期碳酸鹽岩地層樣品幾百塊樣本帶回大陸，按照時間序列和厚度序列累積起來，研究人員得以研究寒武紀大爆發的古海水變化。
碳酸鹽岩地層可證實
朱茂炎介紹，西伯利亞地區海水碳、硫同位素在寒武紀早期發生了5次同步變化。朱茂炎說，這一研究首次採用定量模型論證了動物的寒武紀大爆發過程受控於大氣和海洋的氧氣含量變化。在距今5.14億年之後的大約200萬年間，碳和硫同位素間的變化並不同步，反映了海水普遍缺氧。巧合的是，這一時間內發生了全球性寒武紀動物群的大滅絕。
澄江、清江生物群 提供珍貴證據
寒武紀大爆發是研究地球物種演變重要階段，大陸雲南澄江生物群與加拿大布林吉斯生物群和凱里生物群構成世界3大葉岩型生物群，為寒武紀地質歷史時期的生命大爆發提供了證據。
1984年7月1日，中國科學院南京地質古生物研究所研究員侯先光在帽天山發現一塊化石，敲開了發現澄江生物群的大門。這塊長尾納羅蟲化石是難得一見的軟體組織化石，首次清晰展現出距今5.3億年前的海洋動物世界的真實面貌。
澄江生物群的各類動物化石保存精美、舉世罕見，這正是它的珍貴之處。主要由多門類的無脊椎動物化石組成，門類豐富。這座化石寶庫充分顯示出寒武紀早期生物的多樣性，將絕大多數現生動物門類的演化歷史追溯到寒武紀開始，為揭示生物寒武紀大爆發的奧秘提供了珍貴證據，在國際上被譽為「二十世紀最驚人的科學發現之一」。
澄江生物群一共包括16個門類，共200多個生物化石，其中包括無脊椎動物的化石，也有原始脊椎動物的化石。
除了澄江生物群，大陸在2007年夏季，西北大學的張興亮教授研究團隊在湖北宜昌的長陽地區附近，意外發現一塊化石，是來自寒武紀的林喬利蟲。在接下來的數年中，相繼又挖掘出許多珍稀的化石標本。該化石群位於湖北清江與丹江河交會處，於是就被命名為「清江生物群」。2019年3月22日，登上頂級學術期刊《科學》（Science）雜誌。
經過研究人員的鑒定，清江生物群形成於5.18億年前的早寒武紀時期。目前，研究人員共發現了4351件標本。其中包括一些極其罕見的動物種類和首次面世的新物種。研究人員將這些動物分為109個屬，包括101個後生動物屬和8個藻類屬。新發現的屬種佔據總量的53%，無論是新屬種比例還是物種多樣性比例，都遠超現今發現的其他地點的同類型化石庫。（記者／林永富）