从氧浓度波动看动物进化与灭绝

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1、从氧浓度波动看动物进化与灭绝　　地球上的哺乳动物之所以能长得更庞大，并掌握对地球的统治权，在很大程度上依赖于近亿年来地球大气层中氧气含量的2次大增长。　　这一观点并非无稽之谈，而是美国新泽西州罗特格斯大学海洋与海岸科学研究所的保罗·法尔科夫斯基教授和其同行，经过长期研究后得出的结论。美国《科学》周刊发表了法尔科夫斯基等人的这一研究成果。　　法尔科夫斯基等人通过分析海底原始沉积物中碳和硫的同位素记录，计算出过去数亿年内大气中的氧含量，发现6亿年前的大气氧含量约为20%，与现在相近，直到4亿年前一直相当稳定。而在大约3亿年前，大气氧含量突然升

2、高到30%，随后在亿年前又骤降至12%.到了5000万年前，氧气水平回升至17%，4000万年前，这一含量达23%.现在，大气中的氧含量达21%.研究人员在报告中说，大气中氧气含量的上升，对大型动物的进化起到了某种促进作用。　　法尔科夫斯基说：“更多的氧气，应该有益于哺乳动物的进化。哺乳动物将食物转化为能量的效率，要比爬虫类动物低4～6倍，因此，它们需要较高的氧气浓度使肌肉有效地工作。此外，体积较大的哺乳动物在耗氧量上要高于体积较小的同类。因为，这些‘大块头’从氧浓度波动看动物进化与灭绝　　地球上的哺乳动物之所以能长得更庞大，并掌握对地球

3、的统治权，在很大程度上依赖于近亿年来地球大气层中氧气含量的2次大增长。　　这一观点并非无稽之谈，而是美国新泽西州罗特格斯大学海洋与海岸科学研究所的保罗·法尔科夫斯基教授和其同行，经过长期研究后得出的结论。美国《科学》周刊发表了法尔科夫斯基等人的这一研究成果。　　法尔科夫斯基等人通过分析海底原始沉积物中碳和硫的同位素记录，计算出过去数亿年内大气中的氧含量，发现6亿年前的大气氧含量约为20%，与现在相近，直到4亿年前一直相当稳定。而在大约3亿年前，大气氧含量突然升高到30%，随后在亿年前又骤降至12%.到了5000万年前，氧气水平回升至17%

4、，4000万年前，这一含量达23%.现在，大气中的氧含量达21%.研究人员在报告中说，大气中氧气含量的上升，对大型动物的进化起到了某种促进作用。　　法尔科夫斯基说：“更多的氧气，应该有益于哺乳动物的进化。哺乳动物将食物转化为能量的效率，要比爬虫类动物低4～6倍，因此，它们需要较高的氧气浓度使肌肉有效地工作。此外，体积较大的哺乳动物在耗氧量上要高于体积较小的同类。因为，这些‘大块头’需要十分费力地将血液输送到各组织器官，大气中较高的含氧量有助于它们获得更大的进化机会。”　　尽管有人对法尔科夫斯基的报告持怀疑态度，但多数科学家对此给予高度评价

5、。美国西亚图州华盛顿大学的天体生物学家及古生物学家彼得·沃德说：“上述研究结果已激发出一些非常有趣的研究课题，科学家们现在正在研究氧气浓度，如何影响非哺乳动物的进化过程。”　　科学家们通过化石记录发现，在恐龙之前，地球上就有巨大的物种存在，它们就是3亿年前石炭纪的巨型节肢动物。据推测，石炭纪的千足虫和蝎子体长可达1米以上，有一种蜘蛛的腿长达50厘米。最著名的化石样本，是1979年在英国德比郡采矿场地下挖出的一具巨型蜻蜓化石。它的翼展竟超过78厘米，与现在的鹰差不多。同时，与此相似的巨型昆虫化石在法国、俄罗斯和美国相继发现，并且它们都来自石

6、炭纪。石炭纪为什么会进化出如此巨大的昆虫？有一种观点认为：石炭纪时期地球大气层中氧气的浓度高达35%，可能是富含氧气的空气促进了这些巨型昆虫的进化。　　不久前，美国耶鲁大学的生物学家罗伯特·贝尔纳等人发表的一项古气候研究，肯定了这一猜测。贝尔纳等人在报告中指出，石炭纪时期地球大气层中氧气的浓度高达35%，比现在21%的氧气浓度要高很多。许多节肢动物通过遍布肌体的微型气管直接吸收氧气，而非通过血液间接吸收氧气，所以高氧气含量能促使昆虫向“大个头”方向进化。　　为弄清高氧气含量是否推动了古代超大蜻蜓等节肢动物的进化，研究者对现代蜻蜓进行了研究

7、。原来，昆虫是通过它们身体上的气孔系统“呼吸”的。气孔连着气管，且由上到下又附着更多层越来越小的气孔，由此把氧气输送到全身。在目前的氧气水平下，蜻蜓等节肢动物气孔系统的总长度已经达到最低极限，低于这个限度，氧气就会不够用。因此，根据这一构造可以判定，空气中氧气含量的多少决定昆虫的形体大小。在高浓度氧气环境中，“大个头”的昆虫有进化上的优势，它们可以获得更多的氧气。　　此外，科学家对海洋中无脊椎动物的研究也发现，在更冷、氧气含量更高的水中，生物的体积也更大。　　从地球发展史上看，地球大气中的含氧量曾经发生过多次重大波动。最近的地球化学模型显

8、示，地球大气含氧量曾经上升到35%，后来在亿年的时间内降至15%.地球大气含氧量发生如此重大波动，对地球生物圈造成的影响可想而知，有时甚至会造成物种灭绝。　　亿年前的二叠纪末期，地球上演了一场