研究人员发现,这种岩层上的巨大缺失还伴随着海洋化学的深层变化,那时的海洋正在孕育原始生命。海洋化学的变化可能是生命大爆发的驱动力。
“我们推测,在不整合面最终形成时,地表受到风和水流的严重剥蚀,这些剥蚀产物被带入海洋中,随后海洋里出现的生物矿化作用,如动物的外骨骼等,就是对海洋化学成分改变的应答。”Peters说。他和同事Gaines研究了采自北美各处的两万余块岩石样本,找到了各种各样的证据,如罕见的地球化学条件下出现的奇特矿物沉积,是物理、化学和生物三种因素共同作用的产物。
在寒武纪早期,北美大陆的浅海海面不断起伏变化,常年侵蚀海床沉积,渐渐地露出大地深处的基岩。沉睡了数十亿年后,这些基岩第一次探出头来,与空气和水相接触,化学风化作用将其中的一些成分如二氧化硅及钙、铁、钾等金属离子释放到海水里,海水的化学组成发生了改变。
随后,暴露出来的基岩又渐渐被海洋沉积覆盖,形成了一条中间有断层的界线,这就是大不整合面。日益增加的碳酸盐沉积以及扩张的海绿石海床,便是海水化学成分改变的证明。
三叶虫拥有碳酸钙外壳
大量涌入的无机离子对海中生物构成了威胁。“要正常生活,身体必须维持水盐平衡,”Peters解释说。“过量的无机盐参与生命活动,是非常不利的,必须把它们排除在外。方法之一就是将体内的无机盐结晶矿化。”
目前,地球上主要有三种生物矿化物:磷酸钙(脊椎动物的骨骼和牙齿)、碳酸钙(无脊椎动物的外骨骼)和二氧化硅(放射虫的外壳),生成这三种生物矿化物的生物学机制,几乎是同时演化出来的。随后便各自开枝散叶,才有了今天多姿多彩的动物世界。
从动物出现到矿化骨骼的形成,其中有一段时间间隔。这样看来,三种矿化作用同时产生,且殊途同归,并非是为了获得某种新功能或新器官,而更像是对某些现象的应答。大不整合面的形成过程中,海水化学的变化,正好与矿化作用对应起来。也正是因为大量无机离子释放入海,为生命演化确定了方向。现在,生物矿化现象被赋予了各种各样的功能:保护(动物体表的刺和外壳)、支持身体(内骨骼)与捕食(螯和牙齿)。
研究者们得出结论,大不整合面的形成或许是寒武纪生命大爆发的驱动力。
“我们的设想将许多线索串了起来,例如各种独特的沉积现象、丰富完好的化石记录等。我们推测海水化学的变化对早期生命构成了深远影响。”Gaines说。这项成果让我们看到,地层之书的缺页与空白其实可能蕴含珍贵宝藏。(化石网/faywater 编译)
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