“雪球地球”时期的生物是如何存活的？

据外国媒体报道，随着温室气体排放持续增加，地球持续变暖，全球气候越来越接近古代。这引起了科学家对地球气候历史的关注，尤其是在上新世这样的温暖时期。科学家认为，我们现在正走向上新世气候。

与此同时，科学家们还对其他地质时代做了进一步的研究。虽然这些时期的地球与现在完全不同，但它也能帮助我们更好地了解地球，甚至人类自己。

冰河时代就是这样一个例子。那是大约7.2亿到6.35亿年前，当时地球正经历历史上最极端的冰河时代。整个地球都被冻结了，所以它被称为“雪球地球”。

今天，只有南极洲和格陵兰岛的部分地区终年被冰盖覆盖。然而，在冰河时期，大部分表面被冰雪覆盖。

但是不知何故，冰河时期也是复杂的动物迹象第一次出现在化石记录中。这些生物为动物王国的“黄金时代”奠定了基础，这种荣耀一直延续到今天。在一项新的研究中，研究人员分析了冰河时期岩石的化学成分，希望更多地了解这个奇怪的世界，比如为什么当时的动物不仅存活了下来，甚至发展到了一个新的水平。

冻土

在冰河时期，几乎整个地球表面都被冰雪覆盖，巨大的冰层延伸到了热带地区。(然而，冻结的范围当时仍有争议。)大部分土地结合在一起形成了罗迪尼亚超级大陆。然而，由于冰川分布在世界各地，几乎整个地球表面都被冻成了一片固体冰。平均表面温度只有零下几度，一些研究指出，当时的温度应该低得多，可能低至零下50摄氏度。

在冰河时期，有两个大规模的冰河时期，分别被称为斯特蒂安马林诺。在两个冰河时期之间有一个短暂的相对温暖的时期，伴随着冰川融化和火山爆发。对地球来说，这是一个疯狂的时期，在冰和火的两极之间来回切换。但这也是一个非常重要的时期，因为它宣告了复杂动物的出现，包括我们的祖先。

问题是，这些动物是如何在“雪球地球”上生存的？这个问题困扰着许多人。在此期间，不仅冰上的动物难以生存，海洋生物也难以生存，因为冰冻的海面会严重影响海水吸收氧气的能力。这个看似矛盾的问题长期以来一直困扰着科学家。但是发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究最终揭示了答案。

动物爆发

早在冰河时代之前，地球上就出现了生命，但主要是单细胞微生物。即使多细胞生物后来出现，它们也是非常简单的基本生物，只能从海水中过滤营养或以微生物为食。这些早期的生物还没有发育出眼睛、腿、下巴或爪子，因为在一个没有天敌的世界里，它们不需要它们。

然而，寒武纪大爆发后，情况很快改变了。在不到2000万年的时间里，生物多样性急剧增加，这有力地推动了动物时代的到来。因此，它在动物进化史上被称为“大爆炸”。然而，一些研究指出，所谓的“大爆发”实际上可能包括一系列小规模的“爆发”。然而，寒武纪大爆发是地球生命进化的一次重大飞跃。我们现在知道的大多数生物类型都是在这个时期出现的，包括人类和所有其他脊椎动物的祖先。

然而，化石记录显示，复杂的动物在寒武纪大爆发之前就已经出现了。这些可能不是后来出现的新的复杂生物，但显然在寒武纪大爆发之前地球上就有复杂的生物。这些生物出现在冰河世纪初期，所以他们必须在地球的“雪球”时期生存下来。这些复杂生物的先驱包括真核生物(统称为具有高级细胞结构的生物)以及可能的原始动物，如海绵。

富含氧气的水对许多早期的复杂生物至关重要，尤其是动物。但是因为海洋结冰了，水中的氧气有限，科学家们一直认为当时没有这样的环境。然而，我们知道这些早期生物确实在“雪球地球”上生存了下来(否则就不会有我们的后代)，所以一些科学家提出了其他假说来解释真核生物在冰河时期的生存方式。例如，真核生物可能生活在冰盖上方的融水池中，而不是冰盖下方的海水中。

然而，这次发表的新研究指出，一些海洋可能不像我们认为的那样适合古代生物的生存。

冰川氧气泵

这项研究的作者分析了澳大利亚、纳米比亚和加利福尼亚的铁矿石。这些铁矿石都是在斯图特冰河时期形成的，埋藏在一系列不同的冰川环境中，这有助于我们全面了解当时的海洋状况。

然而，研究表明，当时远离海岸的海水的确含氧量极低，含铁量很高，因此不适合动物和其他依赖氧气的生物生存。但是在冰冻的海岸线附近，海水的含氧量高得惊人。研究人员指出，这是证明“雪球地球”时期富氧海洋环境存在的第一个直接证据，这可能解释了冰河时代的生物如何在随后的寒武纪大爆发中存活并进一步繁荣。

通过研究“雪球地球”和“泥泞地球”，科学家们希望对可能有冰冻海洋的外星行星有更好的了解，如开普勒-62f等。

“有证据表明，尽管大部分冰冻的海洋因为缺氧而不适合生活，但在冰盖与海洋接壤的陆地上，仍有大量富含氧气的融水。”该研究的主要作者、加拿大麦吉尔大学的博士后研究员麦克斯韦·莱赫特(Maxwell Lechte)在一次新闻发布会上说，“这种趋势可以用所谓的‘冰川氧泵’来描述:冰川融化后，原本封闭在冰中的气泡将进入水中，增加水体的含氧量。”

冰川是由雪的不断积累和压缩形成的，所以雪中的气泡会被密封在冰层中。随着时间的推移，这些气泡将在冰层中逐渐向下移动，最终与冰川底部的融水一起逸出。在某些地区，这些气泡可以提供足够的氧气，让早期海洋动物在“雪球地球”上生存。

冬季天堂

事实上，“雪球地球”对这些早期生物的意义可能不仅是一个难题。有迹象表明，冰河时期的特定条件可能为寒武纪大爆发奠定了基础。“就在复杂的动物开始进化之前，地球经历了一段全球冰冻期，这表明‘雪球地球’和动物进化之间可能存在某种联系。”“冰河时期的恶劣环境可能刺激了生物分化成更复杂的形式，”莱歇说。

最近的另一项研究也得出这个结论，表明动物的增多与冰河时期全球藻类爆发有关。藻类爆发是由斯图特冰河时期后冰的融化引发的。在斯图特和马林诺冰期之间相对温暖的时期，大量的融水涌入海洋，给海水增加了一些关键成分。

这项研究的主要作者，澳大利亚国立大学教授乔亨·布罗克解释道:“那时，地球已经被冰冻了5000多万年。巨大的冰川将整个山脉变成了灰尘。随着全球气温上升和冰融化，冰中的营养物质被冲入大海。”

随着高温消退，地球再次进入雪球状态，营养丰富的冷却海水为全球海藻爆发提供了理想的环境。以前，由细菌主宰的海洋已经变成了更大、更复杂的生物世界，而这些藻类为更大、更复杂的物种的生存和进化提供了“燃料”。如果地球没有变成雪球，我们可能永远不会有机会出现。

“这些巨大的、富含营养的微生物为复杂生物系统的进化提供了足够的能量，”布洛克指出，“只有在这些复杂的环境中，像人类这样的大型复杂动物才能繁殖。”