動物僅僅用了8500萬年——地質學上眨眼的功夫——就進化並輻射到世界大部分陸地和海洋。儘管化石記錄和分子生物學提供了關於動物生命傳播的大量資訊,但科學家們一直未能確切 выяснить 是什麼引發了這場大規模的多樣化。新的研究表明,來自大規模融化冰川的富含營養的徑流可能提供了為這場戲劇性進化提供動力的額外能量。
在 20 世紀 90 年代,幾位科學家發現證據表明,地球表面大部分地區在 6.35 億至 7.5 億年前被冰川覆蓋。他們稱他們的假設為“雪球地球”。從那時起,許多其他研究證實,曾經有可能從一個極點滑雪到另一個極點。隨著冰川前進,它們刮掉了陸地上岩石和土壤的頂層,然後在退縮時將礦物質和營養物質釋放到海洋中。
冰川徑流的時刻與動物生命的快速進化相吻合。加州大學河濱分校的生物地球化學家 Timothy W. Lyons 和 Noah J. Planavsky 也知道這一點,但他們不理解的是,徑流是否含有足夠的營養物質來刺激動物進化,以及此時動物在化石記錄中的出現是否僅僅是一個巧合。如果他們能夠測量磷,磷是生物系統中的一種關鍵營養素,已知可以支援微生物和藻類的生長,Lyons 和 Planavsky 就可以推斷出總的營養物質濃度。問題是如何測量近十億年前海洋中的磷酸鹽濃度。
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Lyons 和他的同事意識到,他們可以使用古代低氧海洋中富含溶解鐵的富鐵沉積物來估計水中磷的含量。“這些富鐵沉積物以一種非常可預測且易於理解的方式清除磷酸鹽,”Lyons 說,他和 Planavsky 的研究最近發表在《自然》雜誌上。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)這一發現使研究人員能夠根據富鐵沉積物中的磷酸鹽計算海洋磷酸鹽濃度。正如研究小組預期的那樣,隨著冰川融化,世界各地七個不同樣本中的磷酸鹽水平都出現了峰值。
“大量的磷酸鹽脈衝將支援海洋中大量的生命,”Lyons 說。這種磷酸鹽自助餐將鼓勵產生氧氣的藻類和其他生物大量繁殖,並提高氧氣水平,從而刺激動物進化的爆發。
印第安納大學和普渡大學的 Gabriel Filippelli 說:“這項研究將地球的地球化學系統與生命的進化聯絡起來。”他沒有參與這項研究。它還表明,一次大降溫可能如何永遠改變地球上的生命。