新证据表明，大约 5.5 亿年前全球氧气水平下降导致了地球上第一次已知的大灭绝。
大约 5.5 亿年前的埃迪卡拉纪鼎盛时期是地球海洋生物的繁荣时期。 形状像羽毛的 Petalonamids 从水中吸取养分，像蛞蝓一样的金贝氏菌在微生物垫上吃草，水母的祖先才刚刚开始兴风作浪。
但随后地球上 80% 的生命消失了，在化石记录中没有留下任何痕迹。
现在，一项新的研究表明，这些失踪的化石指向地球上已知最早的大规模灭绝事件。 这些大型复杂动物的第一批社区因全球氧气急剧下降而死亡——这一发现可能对受到人类活动威胁的现代海洋生态系统产生影响。
“这是动物化石记录中公认的最古老的重大灭绝事件，”主要研究作者、弗吉尼亚理工大学博士后研究员斯科特·埃文斯（Scott Evans）说。 “与气候变化有关，这与所有重大的大规模灭绝是一致的。”
动物至少经历过五次大规模灭绝的进化熔炉。奥陶纪-志留纪和泥盆纪大灭绝（分别发生在 4.4 亿年前和 3.65 亿年前）导致许多海洋生物灭绝。然后是二叠纪-三叠纪——也被称为“大灭绝”——和三叠纪-侏罗纪灭绝（分别发生在 2.5 亿年前和 2.1 亿年前），它们影响了海洋脊椎动物和陆地动物。最近一次大规模灭绝发生在大约 6600 万年前的白垩纪末期，消灭了大约 75% 的动植物，包括非鸟类恐龙。
一段时间以来，古生物学家是否应该在该名单上再增加一次大规模灭绝一直是一个悬而未决的问题。科学家们早就知道 5.5 亿年前化石多样性的突然下降，但尚不清楚这是否是由于突然的大规模灭绝事件造成的。
一种可能的解释是，早期的三叶虫——身披盔甲且通常长有头盔头的海洋节肢动物——开始与埃迪卡拉纪动物群竞争，导致后者灭绝。另一种可能的解释是，埃迪卡拉纪动物群继续存在，但保存埃迪卡拉纪化石的必要条件直到 5.5 亿年前才存在。 “人们认识到此时生物群发生了变化，”埃文斯说。 “但是关于原因可能是什么存在重大问题。”
为回答这些问题，埃文斯和他的同事编制了一个埃迪卡拉纪化石数据库，其他研究人员此前曾在科学文献中对其进行过描述，并根据地理位置、体型和进食方式等因素对每个条目进行分类。该团队对生活在 5.5 亿年前的 70 个动物属进行了编目，发现其中只有 14 个属在大约 1000 万年后仍然存在。他们注意到保存化石所需的条件没有发生重大变化，也没有发现那种表明埃迪卡拉纪动物由于与三叶虫等早期寒武纪动物竞争而灭绝的进食方式差异。
但幸存下来的生物体有一个共同点：体表面积相对体积较大，这可以帮助动物应对低氧环境。这一观察结果，结合 5.5 亿年前氧气减少的地球化学证据，表明埃迪卡拉纪可能已经结束于一场由海洋中氧气含量低引起的大规模灭绝事件。研究人员于 11 月 7 日在美国国家科学院院刊上在线发表了他们的发现。
“我们研究了选择性模式——什么灭绝了，什么幸存下来，什么在灭绝后繁荣起来，”该研究的共同作者、弗吉尼亚理工大学地球生物学教授肖树海说。 “事实证明，无法应对低氧水平的生物体被选择性地移除了。”
为什么氧气水平在埃迪卡拉纪末年骤降仍然是个谜。埃文斯说，火山喷发、构造板块运动和小行星撞击都是可能的，海洋中营养水平的变化等不太引人注目的解释也是如此。
不管它是如何发生的，这次大规模灭绝很可能影响了地球上生命的后续进化，并可能对研究动物生命如何开始的科学家产生影响。
“埃迪卡拉纪的动物非常奇怪——大多数看起来都不像我们认识的动物，”埃文斯说。 “在这次灭绝事件之后，我们开始看到越来越多的动物看起来像今天的动物。这可能是这一早期事件为更多现代动物铺平了道路。”
这些发现也可能对人类对水生生物的威胁有借鉴意义。各种农业和废水实践已将磷和氮等营养物质引入海洋和河流生态系统，从而增加了水中分解和消耗氧气的藻类数量。 “死区”的扩散，即水中的氧气含量太低而无法维持生命，可能对现代动物构成类似的挑战。
“这项研究有助于我们了解缺氧事件的长期生态和地质影响，”肖说。