在4月19日的《自然》雜志上,，美國威斯康星大學(xué)的Peters和他的同事們共同撰文稱,，造就“大不整合面”的力量,，或許就是寒武紀(jì)大爆發(fā)的最終原因,。
六億年前的海洋已是生機(jī)盎然,，那時海洋的主人是一種軟體生物，后來成了地球上所有動物的祖先,，但是浩瀚的大海幾乎沒有保存它們?nèi)彳浀男雄E,。又過了數(shù)千萬年——這與地球歷史相比也只是一眨眼的工夫——生命開始以爆發(fā)的速度演化、分化,，變得越來越復(fù)雜,，出現(xiàn)了多細(xì)胞動物，有些動物擁有了外殼或內(nèi)骨骼,。
寒武紀(jì)大爆發(fā)的化石證據(jù)不勝枚舉,，但其原因和精確的發(fā)生時間一直是一個謎。另外,，為什么自那以后再也沒有類似的現(xiàn)象了呢,？
新的研究認(rèn)為，寒武紀(jì)生命的奧秘可能蘊(yùn)藏在地質(zhì)學(xué)第二大謎團(tuán)：“大不整合面(Great Unconformity)”之中,，它是一個世界范圍的地層特征,，指遠(yuǎn)古大陸的基巖與較年輕的寒武紀(jì)淺海沉積物之間的一個分界線。“大不整合面是一個非常穩(wěn)定的地質(zhì)分界面,，在整個地史時期是唯一一例,，”研究的主要承擔(dān)者、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校(University of Wisconsin-Madison)的地球科學(xué)教授S.Peters說,。大不整合面將數(shù)十億年前地球深部形成的古老基巖與相對年輕的寒武紀(jì)海洋沉積接合在了一起,，且遍布全球各地,。這條界線之間包含了上億年的時間空隙,，而寒武紀(jì)大爆發(fā)的秘密可能就隱藏在那些缺失的巖層中。
研究人員發(fā)現(xiàn),，這種巖層上的巨大缺失還伴隨著海洋化學(xué)的深層變化,，那時的海洋正在孕育原始生命。海洋化學(xué)的變化可能是生命大爆發(fā)的驅(qū)動力,。
“我們推測,，在不整合面最終形成時，地表受到風(fēng)和水流的嚴(yán)重剝蝕,，這些剝蝕產(chǎn)物被帶入海洋中,，隨后海洋里出現(xiàn)的生物礦化作用，如動物的外骨骼等,，就是對海洋化學(xué)成分改變的應(yīng)答,。”Peters說。他和同事Gaines研究了采自北美各處的兩萬余塊巖石樣本,，找到了各種各樣的證據(jù),，如罕見的地球化學(xué)條件下出現(xiàn)的奇特礦物沉積,，是物理、化學(xué)和生物三種因素共同作用的產(chǎn)物,。
在寒武紀(jì)早期,，北美大陸的淺海海面不斷起伏變化，常年侵蝕海床沉積,，漸漸地露出大地深處的基巖,。沉睡了數(shù)十億年后，這些基巖第一次探出頭來,，與空氣和水相接觸,，化學(xué)風(fēng)化作用將其中的一些成分如二氧化硅及鈣、鐵,、鉀等金屬離子釋放到海水里,，海水的化學(xué)組成發(fā)生了改變。
隨后,，暴露出來的基巖又漸漸被海洋沉積覆蓋,，形成了一條中間有斷層的界線，這就是大不整合面,。日益增加的碳酸鹽沉積以及擴(kuò)張的海綠石海床,，便是海水化學(xué)成分改變的證明。
大量涌入的無機(jī)離子對海中生物構(gòu)成了威脅,。“要正常生活,，身體必須維持水鹽平衡，”Peters解釋說,。“過量的無機(jī)鹽參與生命活動,，是非常不利的，必須把它們排除在外,。方法之一就是將體內(nèi)的無機(jī)鹽結(jié)晶礦化,。”
目前，地球上主要有三種生物礦化物：磷酸鈣(脊椎動物的骨骼和牙齒),、碳酸鈣(無脊椎動物的外骨骼)和二氧化硅(放射蟲的外殼),，生成這三種生物礦化物的生物學(xué)機(jī)制，幾乎是同時演化出來的,。隨后便各自開枝散葉,，才有了今天多姿多彩的動物世界。
從動物出現(xiàn)到礦化骨骼的形成,，其中有一段時間間隔,。這樣看來，三種礦化作用同時產(chǎn)生,，且殊途同歸,，并非是為了獲得某種新功能或新器官,，而更像是對某些現(xiàn)象的應(yīng)答。大不整合面的形成過程中,，海水化學(xué)的變化,，正好與礦化作用對應(yīng)起來。也正是因為大量無機(jī)離子釋放入海,，為生命演化確定了方向?，F(xiàn)在，生物礦化現(xiàn)象被賦予了各種各樣的功能：保護(hù)(動物體表的刺和外殼),、支持身體(內(nèi)骨骼)與捕食(螯和牙齒),。
研究者們得出結(jié)論，大不整合面的形成或許是寒武紀(jì)生命大爆發(fā)的驅(qū)動力,。
“我們的設(shè)想將許多線索串了起來,，例如各種獨(dú)特的沉積現(xiàn)象、豐富完好的化石記錄等,。我們推測海水化學(xué)的變化對早期生命構(gòu)成了深遠(yuǎn)影響,。”Gaines說。這項成果讓我們看到,，地層之書的缺頁與空白其實(shí)可能蘊(yùn)含珍貴寶藏,。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1038/nature10969
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Formation of the ‘Great Unconformity’ as a trigger for the Cambrian explosion
Shanan E. Peters1 & Robert R. Gaines
The transition between the Proterozoic and Phanerozoic eons, beginning 542?million years (Myr) ago, is distinguished by the diversification of multicellular animals and by their acquisition of mineralized skeletons during the Cambrian period1. Considerable progress has been made in documenting and more precisely correlating biotic patterns in the Neoproterozoic–Cambrian fossil record with geochemical and physical environmental perturbations2, 3, 4, 5, but the mechanisms responsible for those perturbations remain uncertain1, 2. Here we use new stratigraphic and geochemical data to show that early Palaeozoic marine sediments deposited approximately 540–480?Myr ago record both an expansion in the area of shallow epicontinental seas and anomalous patterns of chemical sedimentation that are indicative of increased oceanic alkalinity and enhanced chemical weathering of continental crust. These geochemical conditions were caused by a protracted period of widespread continental denudation during the Neoproterozoic followed by extensive physical reworking of soil, regolith and basement rock during the first continental-scale marine transgression of the Phanerozoic. The resultant globally occurring stratigraphic surface, which in most regions separates continental crystalline basement rock from much younger Cambrian shallow marine sedimentary deposits, is known as the Great Unconformity6. Although Darwin and others have interpreted this widespread hiatus in sedimentation on the continents as a failure of the geologic record, this palaeogeomorphic surface represents a unique physical environmental boundary condition that affected seawater chemistry during a time of profound expansion of shallow marine habitats. Thus, the formation of the Great Unconformity may have been an environmental trigger for the evolution of biomineralization and the ‘Cambrian explosion’ of ecologic and taxonomic diversity following the Neoproterozoic emergence of animals.
