地球上第一次已知的大规模灭绝事件是由氧气含量下降导致的

来自阿波罗 17 号的地球蓝色大理石图像

根据雪球地球假说，6.5 亿年前，地球完全或几乎完全冻结。随着大气变化和地球变暖，它预示着埃迪卡拉纪的开始。埃迪卡拉纪标志着多细胞生命首次在地球上广泛传播。它早于更为著名的寒武纪时期，那时更复杂的生命出现、多样化和繁荣。

埃迪卡拉纪的生命的大规模灭绝，这是地球上的第一个生物灭绝。

这里发生了什么？

埃迪卡拉纪的化石非常罕见，因为贝壳和骨骼要到寒武纪才会出现。但有些地方拥有大量和种类丰富的软体埃迪卡拉生命化石。一个这样的地点是该时期的同名地区，南澳大利亚的埃迪卡拉山。

埃迪卡拉时期的生命复杂性增加并变成了多细胞生命。大多数埃迪卡拉生物群是无柄的，这意味着它像藤壶一样固定在适当的位置。移动性将不得不等待进化来创造更多的复杂性。生命往往呈管状或叶状，并锚定在海底。当时的其他生命形式类似于分段的蠕虫和不动的泥袋。根据一些研究，埃迪卡拉生物很可能通过皮肤从海洋中吸收营养。

埃迪卡拉纪期间艺术家的生活插图。生活变得越来越复杂，并在全球蔓延。然后发生了一些事情

地球在埃迪卡拉纪时期大不相同。Pannotia超大陆早于更著名的冈瓦纳超大陆，Pannotia 在此期间形成并分裂。海洋也变得更加含氧，也被氧化到更深的地方。氧化作用为喜欢氧气的生命形式创造了更多的栖息地。在埃迪卡拉纪期间，生活蓬勃发展，变得更加复杂，并遍布全球。

但是发生了一些导致大规模灭绝的事情，几乎所有独特的埃迪卡拉生物群都消失了。寒武纪紧随埃迪卡拉纪之后，寒武纪生活几乎完全取代了埃迪卡拉纪。大多数现存动物的身体计划现在都来自寒武纪而不是埃迪卡拉纪。这几乎就像进化在埃迪卡拉纪灭绝后重新尝试了一个干净的石板。

一篇新论文的作者说，氧气供应的减少推动了埃迪卡拉纪末期的灭绝。他们的论文是“埃迪卡拉纪白海-纳马过渡时期首次主要动物灭绝的环境驱动因素”。主要作者是弗吉尼亚理工大学地球科学系博士后研究员 Scott Evans。埃文斯是研究埃迪卡拉纪的多篇论文的作者和合著者。

一些研究表明，生命本身导致了埃迪卡拉纪末期的灭绝。这种思路表明，随着新生命形式的进化，它们的行为会有所不同。这些行为给生态系统带来了根本性的变化，这种现象被称为“生态系统工程”。这种思路的支持者说，随着寒武纪大爆发，移动生命形式出现了。他们以埃迪卡拉纪的无柄生物为食并将其消灭。2015 年的一篇论文称，“这项研究提供了第一个定量的古生态学证据，表明进化创新、生态系统工程和生物相互作用可能最终导致了复杂生命的首次大规模灭绝。”

艺术家对寒武纪时期存在的生命形式的印象，这是一个陆地物种快速变化的时期

但埃文斯和他的同事不同意。他们说，氧气含量急剧下降导致约 80% 的埃迪卡拉生物灭绝。

“这包括许多不同类型动物的损失。然而，那些身体计划和行为表明他们依赖大量氧气的人似乎受到了特别严重的打击，”埃文斯说。“这表明灭绝事件是受环境控制的，地质记录中的所有其他大规模灭绝事件也是如此。”

科学家将埃迪卡拉纪生物群分为三个不同的化石组合：阿瓦隆（约 575-560 Ma）、白海（约 560-550 Ma）和 Nama（约 550-539 Ma）。白海组合中大约 80% 的分类群在 Nama 组合中不存在。白海和纳马之间的生态差异很小，这意味着生命形式不太可能被其他生命形式超越和取代，称为生物替代。

在灭绝过程中消失的生命形式群体具有不同的形态和行为。这表明某些总体环境特征发生了变化，一些如此基本的东西几乎无法适应。但幸存的生物有一个共同特征：高表面积与体积比。

“相对于体积而言，具有高表面积的分类群的优先生存可能表明这与全球海洋氧气供应减少有关，”该论文指出。“因此，我们的数据支持埃迪卡拉纪生物周转与环境变化之间的联系，类似于地质记录中的其他主要大规模灭绝。”

认识一下Pteridinium simplex，一种在埃迪卡拉纪末期灭绝的生命形式

埃迪卡拉纪有两次灭绝，它们相隔大约一千万年。多样性的第一次突然丧失发生在白海和纳马组合期间。第二次发生在埃迪卡拉纪和寒武纪的交界处。

在关于埃迪卡拉纪灭绝的科学争论中，一些研究人员指出了化石记录中潜在的采样偏差。作为研究的一部分，该团队调查了可能存在的任何潜在抽样偏差。为此，他们检查了所有三个埃迪卡拉纪化石的古环境和保存模式。

研究人员得出结论：“……多样性的变化不能归因于抽样偏差……”

如果氧气水平下降注定了埃迪卡拉纪的生命，那么下一个明显的问题是为什么氧气水平会直线下降？

该研究的这个数字显示了 Merdith 等人基于大陆配置的埃迪卡拉生物群的三个组合内的化石地点 (A) 的古地理分布

本文没有提供答案，但作者分享了一些想法。“大规模灭绝的最终原因包括主要驱动因素，例如火流星撞击、大型火成岩省的喷发和/或构造变化，这些变化会导致氧化还原状态、温度和/或海洋 pH 值发生重大变化，从而导致多样性下降。虽然我们的数据没有提供有关这一事件最终驱动因素的直接信息，但影响整个白海-纳马灭绝的广泛古生态学与灾难性环境扰动的预测影响是一致的。”

地球发生了一些变化，这对生命来说是可怕的。在埃迪卡拉纪之后的寒武纪，科学家们有时称之为寒武纪大爆发，生命得以幸存、多样化并再次繁荣。所有现代动物门都首先出现在寒武纪大爆发中。但是来自埃迪卡拉纪的特殊生命形式已经消失了，现在的生活看起来与埃迪卡拉纪的生活完全不同，只有极少数例外。

“对这件事如何发生的简短回答是我们真的不知道，”埃文斯说。“它可能是火山喷发、板块运动、小行星撞击等的任意数量和组合，但我们看到的是，灭绝的动物似乎是对全球氧气供应减少的反应。”

这一切对人类有什么启示吗？

“环境变化，例如全球变暖和脱氧事件，可能导致动物大规模灭绝以及生态系统的严重破坏和重组，”同时隶属于弗吉尼亚理工大学的合著者肖海海说。“这在地球历史的研究中得到了反复证明，包括这项关于化石记录中记录的第一次灭绝的工作。因此，这项研究让我们了解了当前环境变化对生物圈的长期影响。”

随着地球变暖，海洋也在变暖。温暖的海洋含有更少的氧气。来自农业的过多的养分流失也起到了一定的作用。随着微生物分解径流，它们消耗更多的氧气。由于我们对变暖和径流负责，因此我们是生态系统工程师。但工程是随意的。

“我们的研究表明，与地球过去的所有其他大规模灭绝一样，这次新的、第一次大规模动物灭绝是由重大气候变化引起的——一长串警示故事中的另一个，证明了我们当前气候危机对动物生命的危险，”埃文斯说。

灭绝在地球上生命的发展中发挥了至关重要的作用。来自埃迪卡拉纪的化石代表了在埃迪卡拉纪灭绝后没有持续存在的进化设计。

“这些生物体出现在动物进化史的早期，以至于在许多情况下，它们似乎正在尝试不同的方法来构建大型的、有时是移动的、多细胞的身体，”埃文斯说。“有很多方法可以重现它们的外观，但带回家的是，在这次灭绝之前，我们发现的化石通常不适合我们今天对动物进行分类的方式。从本质上讲，这种灭绝可能有助于为我们所知道的动物的进化铺平道路。”

埃迪卡拉纪的生命在很大程度上是静止的，因此几乎没有捕食。有时，埃迪卡拉纪也因此被称为“埃迪卡拉纪花园”。如果没有埃迪卡拉纪大灭绝，寒武纪大爆发可能永远不会发生。没有办法确定，但可能没有恐龙，没有哺乳动物，也没有智人。也许地球会一直停留在一个永久的埃迪卡拉纪状态，几乎没有任何捕食或移动的动物，尽管这似乎不太可能。

科学家谈论地球历史上的“五大”灭绝：奥陶纪-志留纪大灭绝（4.4亿年前）、泥盆纪晚期大灭绝（3.7亿年前）、二叠纪-三叠纪大灭绝（2.5亿年前）、三叠纪-侏罗纪灭绝（2亿年前）和白垩纪-古近纪灭绝（6500万年前）。

“大规模灭绝被公认为地球上生命进化轨迹的重要步骤，”作者在他们的研究中写道。现在我们可以在列表中再添加一个，它可能是塑造地球生命的最关键的。