发生于距今约5.4-5.1亿年前的“寒武纪生命大爆发”是地球生命演化史上的里程碑事件，在短短数千万年内，几乎所有现代动物门类突然出现在化石记录中，生态系统的复杂性和多样性迅速提升，奠定了后生动物演化和发展的基础。这一生命“大爆发”的成因一直是地球科学与生命科学交叉研究的核心谜题。长期以来，大气和海洋氧气水平的显著上升被普遍认为为需氧代谢的复杂多细胞动物提供了必要条件。然而，该时期地球氧气含量究竟如何变化、是否与生命辐射在时间上精准耦合，仍缺乏高分辨率的全球性证据。

近期，我院研究人员与中国科学技术大学、西北大学等单位合作，在国际地学权威期刊《Chemical Geology》上发表重要研究成果，为这一谜题提供了关键解答。研究人员通过对全球17个早寒武世剖面(包括华南、摩洛哥和西伯利亚等地)的高分辨率碳同位素(d¹³C_carb和d¹³C_org)数据进行系统分析，首次揭示了寒武纪生命大爆发高峰期大气氧气含量显著上升的直接证据。他们发现，在寒武纪第三阶，全球范围内同步出现一次显著的碳同位素正偏移事件(图1a, b)，同时D¹³C(D¹³C=d¹³C_carb-d¹³C_org)也显著上升 (图1c)。这一信号表明当时全球碳循环受到显著扰动，并被解释为海洋中有机碳埋藏通量大幅增加的直接证据，进而促进了光合作用产氧的净累积。

图1. 华南、西伯利亚、摩洛哥早寒武世碳同位素(d¹³C_carb，d¹³C_org，D¹³C)组成变化。

研究人员进一步通过两种独立的地球化学数值模型—碳同位素质量平衡模型和光合作用氧气相关碳同位素分馏模型定量重建当时大气氧含量的变化趋势。两种方法均一致表明，在寒武纪生命大爆发高峰期间，地球表层系统经历了显著且持续的氧气含量上升(图2)。尤为重要的是，该研究重建的氧含量升高与生物多样性增加以及全球多个顶级特异埋藏化石库(如澄江生物群、清江生物群、Sirius Passet等)的出现时间高度吻合，暗示氧气含量的增加为动物体型增大、运动能力提升、捕食行为演化等高能耗生命活动提供了有利的环境条件，从而促进了生物多样性的爆发式增长。

图2. 早寒武世氧气含量、海洋氧化还原状态以及生物多样性演化的关系。

该研究不仅证实了氧气含量上升在寒武纪生命大爆发中的关键角色，也强调了碳循环-氧气-生命演化之间深刻的协同演化关系，深化了我们对地球表层系统相互作用机制的理解。

论文信息：

文章链接

相关成果以“Increased oxygenation during the peak Cambrian Explosion: Evidence from global carbon isotope records”为题发表在《Chemical Geology》期刊上，论文第一作者和通讯作者为安徽理工大学碳中和科学与工程学院教师胡东平。

论文网址：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254125002803