發(fā)生在5.4億年前的寒武紀(jì)大爆發(fā)，是生物演化史上最重要的事件之一，現(xiàn)生動(dòng)物的絕大多數(shù)門(mén)類(lèi)在很短的時(shí)間里“突然”出現(xiàn)，奠定了顯生宙生物演化的基礎(chǔ)。是什么原因?qū)е铝诉@次大爆發(fā)，大爆發(fā)的過(guò)程又是什么樣的？

　　由中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)南京古生物所）研究員朱茂炎和英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院教授Graham Shields領(lǐng)導(dǎo)的中英俄國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)，通過(guò)對(duì)西伯利亞寒武紀(jì)早期碳酸鹽巖地層的碳、硫同位素研究，揭示了大氣和海洋的氧氣含量控制寒武紀(jì)大爆發(fā)的過(guò)程。相關(guān)成果5月6日在線(xiàn)發(fā)表于《自然—地球科學(xué)》。

　　早在2006年，朱茂炎團(tuán)隊(duì)就提出了階段性輻射和滅絕的寒武紀(jì)大爆發(fā)過(guò)程模型，并發(fā)現(xiàn)動(dòng)物早期演化的階段性輻射和滅絕過(guò)程，與海水碳同位素的異常變化存在耦合關(guān)系。但是，這種相關(guān)性之間的具體原因和機(jī)制一直不明。

　　朱茂炎指出，俄羅斯西伯利亞是解決這一科學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵地區(qū)，因?yàn)樵摰貐^(qū)的寒武紀(jì)早期地層剖面不僅化石豐富，更重要的是由一套連續(xù)的碳酸鹽巖沉積序列構(gòu)成，記錄了該時(shí)期全球海水碳同位素的完整演化過(guò)程，從而為揭示該時(shí)期包括碳、硫同位素等海水化學(xué)變化與生物演化過(guò)程之間的相關(guān)性提供了可靠研究材料。

　　朱茂炎團(tuán)隊(duì)通過(guò)與俄羅斯同行合作，于2008年在西伯利亞開(kāi)展野外工作，采集了一套珍貴的寒武紀(jì)早期碳酸鹽巖地層樣品。隨后，由來(lái)自南京古生物所、南京大學(xué)，英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院、利茲大學(xué)、蘭卡斯特大學(xué)、牛津大學(xué)和俄羅斯莫斯科國(guó)立大學(xué)的科學(xué)家組成的合作團(tuán)隊(duì)，在詳細(xì)的地層學(xué)和生物化石多樣性演化研究的基礎(chǔ)上，對(duì)這套樣品開(kāi)展系統(tǒng)的碳、硫同位素實(shí)驗(yàn)分析和數(shù)學(xué)模型計(jì)算，獲得了令人興奮的研究結(jié)果。

　　生物地球化學(xué)循環(huán)模型計(jì)算表明，該地區(qū)海水碳、硫同位素在寒武紀(jì)早期距今5.24億年至5.14億年期間發(fā)生了五次同步變化，其變化幅度反映了大氣和淺海中氧氣含量的變化幅度。而距今5.14億年之后碳、硫同位素的不同步變化則反映了海水的普遍缺氧。

　　綜合生物地層資料研究表明，在寒武紀(jì)早期距今5.24億年至5.14億年之間的一千萬(wàn)年時(shí)間內(nèi)，也就是寒武紀(jì)大爆發(fā)的高峰時(shí)期，海水碳和硫同位素值發(fā)生的同步波動(dòng)的次數(shù)和幅度，與動(dòng)物化石多樣性變化的次數(shù)和幅度在時(shí)間上高度吻合。而在距今5.14 億年之后的大約兩百萬(wàn)年間，碳和硫同位素之間的變化則是不同步的，碳同位素保持明顯的負(fù)異常，硫同位素頻繁波動(dòng)。巧合的是，這一時(shí)間內(nèi)發(fā)生了全球性寒武紀(jì)動(dòng)物群的大滅絕。

　　朱茂炎告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：“這一研究首次采用定量模型論證了動(dòng)物的寒武紀(jì)大爆發(fā)的幕式過(guò)程受控于大氣和海洋的氧氣含量變化，而發(fā)生在距今5.14億年左右的寒武紀(jì)動(dòng)物群大滅絕事件是海水缺氧造成的?！贝送猓撗芯恳矎膶?shí)驗(yàn)方法學(xué)上證實(shí)，碳酸鹽巖中微量硫酸鹽硫同位素可以很好地用于示蹤古代海水硫的循環(huán)。

　　（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2019-05-09 第1版 要聞)