小蠕虫拯救大地球 调节氧气水平使动物得以进化

在5.7亿年前的寒武纪黎明，多细胞生物刚刚开始出现——它们主要生活在海洋中。但是对于动物进化来说，海洋和大气中的氧气浓度必须恰到好处。氧气过少会使早期动物窒息；然而，过量的氧气和闪电会点燃一场可怕的野火，烧毁原有的陆地植被。“为什么氧气浓度没有下降或翻倍？”位于欧登塞的南丹麦大学(SDU)的地球化学家泰斯·达尔说，“一定有什么东西在相对狭窄的范围内调节氧气。”

一些已经灭绝的海虫可能已经改变了地球的化学成分。

在进化研究的这个关键时刻，达尔遇到了理查德·博伊尔，当时他是英国埃克塞特大学的地球化学建模师。达尔对自己和其他研究人员收集的关于曾经位于海底的岩石露头的数据感到困惑。四组不同的化学测量显示，海洋中的氧含量从5.3亿年前一直稳步下降到3000万年后。

现在在SDU工作的波义耳提出了一个假说来解释原因。通过挖掘，他得出结论，寒武纪早期生活在海底的爬行动物开始了复杂的连锁反应，最终改变了地球的化学成分。

在这项新的研究中，两位科学家和他们的同事使用了一个简单的模型来清楚地解释这一机制。研究人员指出，当他们翻动土壤时，这些早期的多细胞生物——类似于40厘米长的蠕虫——将海水暴露在新的海底沉积物中。沉积在海底的每一层新沉积物都含有细菌；当这些细菌暴露在海水中的氧气中时，它们会开始在细胞中储存一种叫做磷酸盐的化学物质。因此，当蠕虫搅动更多层海底沉积物时，越来越多的磷酸盐积累在海底沉积物中，相应地，海水中的磷酸盐越来越少。

由于藻类和其他光合海洋生物的生长需要磷酸盐，海水中磷酸盐的减少会影响它们的生长。反过来，光合作用的减少意味着释放到海洋中的氧气减少。这样，系统形成一个负反馈回路，即随着氧含量的增加，它自动减慢氧含量的上升水平。那么什么机制可以防止氧气水平过低呢？研究人员解释说，海水中的氧气越少，同时意味着蠕虫越少，从而减少了不利于氧气形成的挖掘过程。达尔说:“我们认为这些动物可能已经完全改变了地球的化学循环。”

研究人员在本周的《自然地球科学》杂志上报道了这一结果。

在该杂志的一篇科学评论中，位于叶尔塞克的荷兰皇家海洋学研究所的生物地球化学家菲利普·梅斯曼写道:“尽管我们还远未了解蠕虫及其近亲对地球地球化学历史的影响程度，但这是一个新的、可验证的假说，将激发新的思考。”然而，他警告说，在这项新的研究中，蠕虫挖掘模式的快速增长可能仅限于某些地区的古代海洋，但尚未被证明是一种全球现象。

宾夕法尼亚州立大学的生物地球化学家李·库普强调说:“事后看来，这个研究结果并不特别令人惊讶或违反直觉。”他说:“我希望我也能这样想。”(赵茜·Xi)