2020-02-14

几亿年前地球是个雪球,动物们是如何活下来的

几亿年前地球是个雪球,动物们是如何活下来的?

在距今大约7.2亿到6.35亿年前,地球曾进入“低温时期”。那时我们经历了历史上最极端的冰河时期,几乎整个地球都处于“冰冻状态”,因此当时的地球也被称为“雪球地球”。


然而令人震惊的是,也正是在这个时候,复杂动物的最初迹象出现在化石记录中,这些生物为延续至今的动物黄金时代到来奠定了基础。那么,在“雪球地球”如此严酷的环境中,为何生命不仅继续繁衍下来,而且似乎还有日益繁荣的倾向?


图2:现在的冰原只覆盖了格陵兰和南极洲部分地区,但在低温时期,它们覆盖了地球表面的大片区域


地球表面在低温时期几乎完全冻结,巨大的冰原延伸到热带地区,地表平均温度可能在零摄氏度左右,有时可能会降到零下50摄氏度。与此同时,火山活动也十分频繁,短暂的热量喷发会将这些冰冻表面隔开。


棋牌娱乐app下载官网那时的地球可以说处于疯狂时期,在冰和火的极端之间反复拉锯。但这也是非常重要的时期,因为低温时期显然帮助点燃了复杂动物诞生的曙光,包括人类的祖先。


图3:寒武纪的生命大爆发是地球历史上的巨大转折点,这要归功于进化的繁荣,产生了越来越大、结构复杂的动物


事实上,地球上的生命在低温时期到来之前就诞生了,但当时主要是单细胞微生物。即使多细胞动物也出现了,但它们依然是简单的、通常处于静止状态的生物,平静地过滤海水或在“微生物垫”上进食。这些早期动物还没有眼睛、腿、下巴或爪子这样的器官,在缺少捕食者的世界里,它们并不真的需要这些东西。


然而,这种情况很快发生了改变,这要归因于寒武纪的生命大爆发,生命多样化导致了“动物时代”的到来。这个爆发过程只持续了短短2000万年,但这是地球生命进化的巨大飞跃,诞生了我们今天所知的主要动物群体,包括人类和所有其他脊椎动物的祖先。


不过,化石记录表明,复杂动物在寒武纪生命大爆发之前就已经存在,甚至早于地球的低温时期诞生,以至于它们不得不对抗“雪球地球”的恶劣环境。这些先驱包括真核生物,即具有先进细胞结构的生物,可能还包括海绵等原始动物。


富含氧气的水域对于许多早期复杂生物来说至关重要,特别是动物,但由于冰层覆盖的海洋中氧气含量有限,科学家 棋牌手机游戏 们长期以来始终认为这种环境当时并不存在。但这些早期生物的确幸存了下来,因为我们就是它们的后代。


为了找出答案,有些科学家提出了真核生物可能通过低温时期的其他方式,例如生活在冰原顶部的融水池中,而不是生活在下面的海洋中。然而,最新研究显示,即使是冰冻的海洋可能也不像我们通常认为的那样,不适合这些古老有机体生存。


图4:Venable冰架的边缘伸入来自南极洲两个半岛之间的海洋中


研究显示,离海岸较远的海水确实具有极低的氧水平和高水平的溶解铁,这将使那些环境不适合依赖氧气的生命生存。然而,在靠近被冰覆盖的海岸线,海水出人意料地富含氧气。这是“雪球地球”期间富氧海洋环境存在的第一个直接证据,也帮助解释了生物如何在“雪球地球”中幸存下来,并在寒武纪爆发期间快速进化。


研究人员解释称:“证据表明,尽管低温时期的大部分海洋由于缺氧而不适合生命生存,但在地面冰盖开始漂浮的地区,存在着关键的含氧融水环境。这是因为,困在冰川冰中的气泡在冰川融化时释放到水中,使水中富含氧气。”


冰川是由降雪形成的,雪在积聚的过程中慢慢压缩成冰川冰。雪中保存着气泡,里面包括氧气,这些气泡会被困在冰中。随着时间的推移,这些气泡通过冰层向下移动,最终随着融化的水从冰川底部逃逸出来。在某些地方,这可能提供了足够的氧气来帮助早期海洋动物生存下来。


图5:通过研究地球历史的“雪球”状态,科学家们希望更多地了解其他似乎有冰冻海洋存在的世界,如系外行星开普勒-62f


事实上,“雪球地球”可能不仅仅是那些生物要克服的困难。有迹象表明,低温时期的特定条件反而有助于为寒武纪生命大爆发。研究人员称:“全球冰冻发生在复杂动物进化之前表明,雪球地球和动物进化之间存在联系。这些苛刻的条件可能会刺激生命向更复杂的形态、多样化方向迈进。”


研究人员解释称:“地球被冻结了5000万年。巨大的冰川将整个山脉都夷为平地,从而释放出营养物质。当雪在极端全球变暖事件中融化时,河流将大量的营养物质冲进海洋,为生命爆发创造了条件。以前由细菌统治的海洋现在被更大、更复杂的有机体主导,它们的大量出现为更大、更复杂的物种进化提供 棋牌游戏下载安卓官网了支持。”


由此可见,如果没有“雪球地球”,生命可能永远没有进化的机会。只有在这些复杂的环境中,包括人类在内的、日益庞大和复杂的动物才能在地球上茁壮成长。




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