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氧气帮助食肉动物进化

艾琳·韦曼

研究人员认为,5亿多年前,氧气浓度的上升为第一批食肉动物铺平了起源之路。这种以肉为食的动物反过来触发了动物进化大爆炸。

生物多样性大爆炸的结果产生了食肉动物。

已知所有的现代动物,从小虫子到有脊椎生物,其中绝大部分群体都是在5.4亿年至5亿年前突然出现的,这一物种大增殖时期被称为寒武纪爆发。但是,无论从化石还是分子学证据看,线索均指向最古老的动物出现于寒武纪之前再早1亿年左右。科学家们因此很好奇究竟是何种原因导致了物种爆发的延迟。

现在,科学家们将各种理论拼接在一起,得出了一个综合性解释。哈佛大学的地球科学家埃里克·斯伯林(Erik Sperling)和他的同事们说,地质记录中寒武纪初始阶段氧气浓度的升高使得食肉动物有可能进化。斯伯林说,氧气激增可能有助于补偿寻找和消化猎物时所消耗的高能量。

食肉动物一出现,捕食者与猎物之间就开始了激烈的进化军备竞赛。该研究小组在2013年7月29日的《美国国家科学院院刊》上提出了这一观点。随着猎物进化出新的防御系统,捕食者也进化出新的武器,新的物种应运而生。

氧气-食肉动物理论的支持性论据来源于对现代多毛类动物的研究,它们是蚯蚓的近亲,一类生活在海床泥土中的微型生物,其食谱非常丰富。结合之前对多毛类动物的研究数据,斯伯林的研究小组对来自全球68个地方的共计962个物种的数据进行了分析。研究人员发现了清晰的关联:氧气含量最低的地区中多毛类动物的物种数量相对较低。在某些地区中,甚至完全没有作为捕食者的多毛类动物。

来自加拿大安大略省金斯顿的女王大学的古生物学家盖伊·诺本(Guy Narbonne)说,科学家们之前曾提出,氧气含量上升或军备竞赛是寒武纪爆发的原因。他说,在氧气与食肉动物之间建立联系提供了强有力的证据,让两种解释“紧密关联起来”。

剑桥大学的古生物学家尼古拉斯·巴特菲尔德(Nicholas Butterfield)看待数据的角度却有所不同。他认为,氧气含量的上升实际上是动物对环境影响所造成的结果。他认为,在早期动物最有可能居住的浅海区,很可能充满氧气,因此缺少气体并没有阻碍其进化。从简单形式进化而来的复杂动物大量涌现只需要一段时间,他说,“只需要一整套修补和试验过程,错误开始,直到你被真正发挥作用的事物绊倒。”

图片权利和来源(IMAGE CREDIT):Christina Frieder

多毛类动物(如图所示)的食谱多样,但在氧气含量低的区域,肉食性物种很少甚至几乎没有。 ixrYXkagkEAnqxZjIcQ2mPPaOs9eVlmuZkXvGf3fxUx44FwoXcvawTCccH5D3BTo

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