已經滅絕的海底蠕蟲可能曾改變了地球的化學構成

一項新研究表明,你或許可以信任生活在5億年前的像蠕蟲一樣的小生物。科學家說,通過在海底鉆洞,這些動物使氧氣濃度保持在一個恰到好處的水平,從而讓動物和其他復雜生命體得以進化。這一發現或許有助于回答關于地球過去的一個長久之謎。

在距今5.7億年前的寒武紀黎明,多細胞生物剛剛開始出現——它們主要生存在海洋中。但對于動物進化而言,海洋和大氣中的氧氣濃度必須恰到好處。氧氣太少會讓早期的動物感到窒息;而氧氣過剩加上雷擊則會點燃可怕的野火,將原始的陸地植被一燒而光。“為什么當時的氧氣濃度沒有崩潰或翻番?”歐登塞市南丹麥大學(SDU)地球化學家Tais Dahl說,“一定有什么東西在相對狹窄的范圍內調節了氧氣。”

在這項有關進化研究的關鍵時刻,Dahl遇到了Richard Boyle,后者當時是英國埃克塞特大學的一位地球化學建模者。Dahl曾對自己和其他研究人員采集的巖石露頭(這些巖石曾位于海底)數據感到困惑。4組不同的化學測量結果顯示,從5.3億年前開始,在之后的3000萬年里,海洋中的氧氣含量一直在穩步下降。

如今在SDU任職的Boyle曾提出一種假設解釋了其中的原因。通過挖掘,他推斷,寒武紀早期棲息在海底的爬行動物啟動了一個復雜的鏈式反應,并最終改變了地球的化學組成。

在這項新研究中,兩位科學家及其同事利用一個簡單的模型清楚地講述了這一機制。研究人員指出,隨著它們翻土和擺動,這些早期多細胞生物——類似于40厘米長的蠕蟲——使海水暴露于新的海底沉積物面前。沉積在海底的每一層新的沉積物都包含有細菌;隨著這些細菌暴露在海水的氧氣里,它們會開始在自己的細胞中儲存一種名為磷酸鹽的化學物質。因此當這些蠕蟲攪拌的海底沉積物層越多,便有越來越多的磷酸鹽積聚在海底沉積物中,而海水中的磷酸鹽則相應越來越少。

由于海藻和其他光合作用海洋生物的生長需要磷酸鹽,因此海水中磷酸鹽的減少將影響它們的生長。反過來,光合作用的減少意味著較少的氧氣被釋放到海洋中。用這種方式,系統便形成了一個負反饋環,即隨著氧氣含量的增加而自動減緩氧氣含量的上升水平。那么又是什么機制避免氧氣水平過低呢?研究人員解釋說,海水中較少的氧氣同時意味著更少的蠕蟲,從而也就減少了不利于氧氣形成的挖掘過程。Dahl說:“我們認為這些動物可能已經完全改變了地球的化學循環。”

研究人員在本周的《自然—地球科學》雜志上報告了這一研究成果。

在該雜志配發的一篇科學評論文章中,耶爾瑟克市荷蘭皇家海洋研究所生物地球化學家Filip Meysman寫道:“雖然我們仍遠未了解蠕蟲和它們的同類對我們的星球的地球化學歷史的影響到了何種程度,但這是一個新的和可檢驗的假設,它將激發新的思維。”但他警告說,在這項新研究中,蠕蟲穴居模式快速增加的程度可能局限于某些地區的古代海洋,而尚未被證明是一個全球性現象。

美國賓夕法尼亞州立大學生物地球化學家Lee Kump強調:“事后來看,這一研究結果并不特別令人驚訝或違反直覺。”他說:“我希望我也能夠這樣想。”