科学家找到骨骼演化证据

证明氧含量上升及海洋化学变化使骨骼出现成为可能

科学家在俄罗斯尤多马河采集样本。图片来源：Rachel Wood

拥有骨骼的动物在距今约5.5亿年前还没有出现。在此之后，科学家曾提出，大气中的氧含量上升以及海洋中的化学变化使得动物能够利用所需的矿物质形成坚硬的骨骼构造。

如今，对俄罗斯西伯利亚的古代岩层进行的一项新的分析为这一观点提供了证据，表明在第一批具有骨骼的动物化石开始出现的同一时间，海洋也开始变得富含构成骨骼所需的矿物质了。

并未参与该项研究的美国耶鲁大学沉积学家Ashleigh Hood表示：“这篇论文在很大程度上回答了一个问题，即动物为什么首先生长骨骼，进而演化为今天我们所看到的样子。”

今天的地球大气中约有20%是氧气，但在古老的过去却并非如此。在距今约8亿年前，当时大气中的氧气含量只有现在的0.1%。之后，出于一些地质学家至今尚未完全搞清的原因，地球氧气的水平开始攀升。

为了了解氧含量升高与骨骼演化之间的关系，英国爱丁堡大学地球生物学家Rachel Wood和她的研究团队分析了在俄罗斯尤多马河附近的西伯利亚荒原深处发现的古老岩层。

这些岩层由堆积在古海洋中的沉积层构成，不但包含有化石，而且还提供了在骨骼开始出现的同时，海洋化学特性如何转变的沉积物线索。在这项研究中，Wood发现了在埃迪卡拉纪和寒武纪时期（大约从距今6.35亿年前到距今4.85亿年前）的一系列海洋化学变化。

Hood指出，直到大约距今5.45亿年前，岩层中一直富含矿物质白云石，后者被认为是氧含量较低时在海洋中形成的。而在此之后，大气中氧含量升高，石灰岩开始成为主宰。

野外现场的石灰岩包含有矿物质霰石和方解石，这些矿物质都是动物形成骨骼所必须的。与白云石相比，霰石和方解石晶体形成得更快并且所需的能量也更少，这使得动物能够利用它们以白云石无法实现的方式形成骨骼。

与此同时，在陆地上，像风和雨这样的侵蚀现象以异乎寻常高的频率轰击着陆地。这导致形成霰石和方解石所需的一种特殊营养物质——钙——随着洪水流入海洋，从而进一步加速了骨骼的演化。研究人员在11月出版的《地质学》杂志上报告了这一研究成果。

这种骨骼的形成过程同时也反映在岩层自身上。在富含白云石的层位中，软件生物的化石占据统治地位，例如Aspidella，这是一种栖息在海底的叶片状软件生物。

而在石灰岩层位中，第一批已知的拥有骨骼的动物化石出现了，例如克劳德管，这是一种由钙化的壳形成的1毫米大小的生物，看起来就像一堆冰淇淋甜筒。从这时开始，有骨骼动物逐渐进化出人们如今熟悉的形式，包括鱼类、甲壳类动物、恐龙乃至最终的人类。

Hood称赞作者展示了氧气含量上升、海洋化学和生物变化如何以一种协调方式发生着改变。她说，研究人员“将这三条独立的路径联系在一起”。

Hood和Wood都认为，现在的这个故事是以西伯利亚为背景的，而研究人员接下来要做的则是看看它能否在全世界的其他地方站得住脚。