地球上的多细胞动物为什么耗费了那么长的时间才得以出现和兴盛？人们一直对这个问题争论不休。现在，科学家们认为，这与十几亿年前地球上极低的氧气水平有关。《科学》上一项新的研究结果提示，当时的氧气水平只有今天的约0.1%。

　　多年以来，科学家们一直为复杂生命的姗姗来迟感到困惑。直到5亿多年前那个被称为“寒武纪生命大爆发”的时代，地球上的生命才开始欣欣向荣。在那之前的10亿年里，也就是在所谓的中元古代（mid-Proterozoic），生命虽然已经存在，但生物都非常简单。这些生物能够在氧气水平极低的条件下生存，更复杂的生命却不能。

　　不同真核生物群体出现的大致时间。灰色区域显示，主要的真核生物多样化过程发生在新元古代（Neoproterozoic）。图片来源：研究论文

　　该项研究的主要作者之一，耶鲁大学地质与地球物理学院的诺亚·普兰纳夫斯基（Noah Planavsk）解释说，多细胞动物当时无法演化出来是那个时期之前氧气含量过少所致的观点，已经在学界出现了很长一段时间。“现在我们的研究得到了实验证据，能够证明当时地表氧气含量会抑制动物的演化。”普兰纳夫斯基说。

 　　“我之前就对此有所预感，所以我才参与了这个研究，而结果发现我的预感是正确的，这让我很是吃惊。”他说，“我的预感通常没那么准的。”

　　科学家们知道，从早期的海洋节肢动物到恐龙乃至人类，对于所有的动物而言，演化的关键都在于遗传的变化加上合适的环境条件。然而，氧气的累积在生物演化事件的时机控制方面所起到的作用，却一直受到着激烈的争论。“问题并不是两件事情发生了哪一件——二者都必然发生了。我们所证明的是，当环境中的氧气水平足以支持动物的兴盛之后，使它们得以出现的遗传创新便相应发生了。”普兰纳夫斯基说。

　　团队分析了来自澳大利亚、加拿大、中国和美国的岩石沉积物中铬的水平。铬是一种地球化学标记，通过对它的化合价水平进行分析，研究者得以了解氧气在历史上的含量。他们研究了浅滩、近岸区域以及富铁洋区的沉积样本，发现大约8亿年前岩石的化学构成有过一次变化。这种变化发生时正值氧气水平开始迅速提升的时期。

　　普兰纳夫斯基和论文的另一位作者克里斯托弗·莱因哈德（Christopher Reinhard）在中国开展研究。图片来源： 耶鲁大学

　　利兹大学的地球化学家西蒙·鲍尔顿（Simon Poulton）评论说，这次研究的作者们在既往方法的基础上建立了一个强有力的方法来跟踪大气氧含量变化。“作者们没有胡子眉毛一把抓，而是非常仔细地选择了需要分析的样本——仅仅关注地球历史上相似环境下的同种样本。”他说。

 　　“如果结果正确的话，这次研究所发现的极低氧气水平的确会对早期动物演化造成严重的限制。因而，这些结果提示我们，从根本上刺激了我们最早的动物祖先演化的，确实是氧气含量的提升。”他补充道。

　　不过他提醒说，根据在超过10亿年之前沉积的岩石来精确估计当时的氧气水平是很难的。

　　“因此，问题还远未解决。但这是一次重大进展。鉴于记录仍然远远称不上完整——这项研究只对那段漫长的地球历史进行了寥寥几个分析——这协结果还将启发很多进一步的研究。”鲍尔顿教授说。

　　另一位研究者对此次研究持更加批判的态度，他认为氧气的作用被高估了。剑桥大学地球科学院的尼古拉斯·巴特菲尔德（Nicholas Butterfield）说：“所有的地球化学数据都是从海底岩石中获取的，这并不是对大气氧气含量的直接测量。”

 　　“动物花了那么长时间才出现的原因在于它们需要格外长的时间来形成极其复杂的发育机制，对简单的动物而言也是如此。”他说，“这可是演化曾书写过的最复杂的配方。”