从氧浓度波动看动物进化与灭绝.doc

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 在英国德比郡釆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原来，昆虫是通 过它们身体上的气孔系统“呼吸啲气孔连着气管，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，地球上演了一场大规模物种灭 绝的悲剧，其原因可能在于那时大气中的氧气浓度从约30% 骤然降至10%左右每种动物都有最低氧气浓度要求，这是每个物种只能 在某个特定纬度地区生活的原因对于那些毫无准备的动物 来说，氧气浓度下降一半会对它们的生活产生深远影响。

美国华盛顿大学进化生理学家雷蒙德•休伊和古生物 学家彼得•瓦丁认为，氧气浓度在二叠纪中期达到30%,当 时各种动物可以在任何纬度地区生活，但随着氧气浓度的降 低，原本在海拔6000米地区生活的动物就只能在海拔300 米处生活，二叠纪时期近一半的陆地都不适合物种生存因 此，在高纬度地区生活的动物，由于不能及时调整自身的呼 吸系统，可能就会灭绝此外，由于大批动物被“挤”在十分 有限的范围内，一些动物也可能会因为生活资源有限而灭 绝。