一開始，生活很小。數(shù)十億年來，地球上的所有生命都是微觀的，主要由單細(xì)胞組成。然后突然，大約5.7億年前，復(fù)雜的生物體，包括長達(dá)一米多的柔軟海綿狀體的動(dòng)物，栩栩如生。而在1500萬年中，這種規(guī)模和復(fù)雜性的生命只存在于深水中。

長期以來，科學(xué)家一直在質(zhì)疑為什么這些生物出現(xiàn)在何時(shí)何地出現(xiàn)：在地球大氣中的氧氣供應(yīng)特別短暫的時(shí)候，在光線和食物稀缺的深海中。12月12日，斯坦福大學(xué)在同行評(píng)審的英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊B上發(fā)表的一項(xiàng)新研究表明，海洋深度更穩(wěn)定的溫度使得迅速發(fā)展的生命形式能夠充分利用有限的氧氣供應(yīng)。

所有這一切都很重要，部分原因是因?yàn)閺陌５峡ɡ瓡r(shí)期了解這些海洋生物的起源，就是要揭示生命進(jìn)化，甚至是我們自己物種的缺失環(huán)節(jié)。“沒有復(fù)雜的生活，你就無法擁有聰明的生活，”該論文的第一作者，斯坦福大學(xué)地球能源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院(斯坦福大學(xué))的地質(zhì)科學(xué)博士候選人湯姆博格解釋說。

這項(xiàng)新研究是為了應(yīng)用動(dòng)物生理學(xué)知識(shí)在不斷變化的環(huán)境中理解化石記錄的一小部分但不斷增長的努力的一部分。這些信息可以揭示將來能夠在不同環(huán)境中生存的有機(jī)體種類。

“從生理學(xué)中獲取這些數(shù)據(jù)，將生物體視為活體，呼吸物體并試圖解釋它們?nèi)绾瓮ㄟ^一天或生殖周期來解釋它們并不是大多數(shù)古生物學(xué)家和地球化學(xué)家通常會(huì)接近這些問題的方式，”Erik說。斯珀林，該論文的資深作者和地質(zhì)科學(xué)助理教授。

金發(fā)姑娘和溫度變化

此前，科學(xué)家們已經(jīng)推測(cè)，動(dòng)物的最佳溫度可以使用最少量的氧氣來茁壯成長。根據(jù)該理論，在溫度較低或溫度高于快樂介質(zhì)的溫度下，氧氣需求量較高。為了在動(dòng)物中測(cè)試這種理論，讓人想起埃迪卡拉海洋深處的繁榮，Boag測(cè)量了?？难鯕庑枨?，海藻的凝膠體和通過皮膚呼吸的能力與埃迪卡拉海洋采集的化石的生物學(xué)密切相關(guān)。

“我們認(rèn)為，隨著溫度的升高，他們耐受低氧的能力會(huì)變得更糟。在魚類，龍蝦和螃蟹等更復(fù)雜的動(dòng)物身上觀察到這種情況，”Boag說?？茖W(xué)家們不確定較冷的溫度是否會(huì)對(duì)動(dòng)物的耐受性造成壓力。但事實(shí)上，當(dāng)實(shí)驗(yàn)坦克的溫度偏離其舒適區(qū)域時(shí)，?？枰嗟难鯕?。

總之，這些因素使得Boag和他的同事們懷疑，像?？粯?，Ediacaran生活也需要穩(wěn)定的溫度才能最有效地利用海洋有限的氧氣供應(yīng)。

避難深度

對(duì)于Ediacaran動(dòng)物來說，使用冷水深海水中存在的少量氧氣比使用較溫暖的淺海水更難，因?yàn)闅怏w在較冷的海水中更慢地?cái)U(kuò)散到組織中。感冒中的動(dòng)物必須花費(fèi)更多的能量才能將含氧海水通過它們的身體。

但它缺乏可用的氧氣，埃迪卡拉海洋深處彌補(bǔ)了穩(wěn)定性。在淺灘中，太陽和季節(jié)的通過可以在溫度上產(chǎn)生巨大的波動(dòng) - 在現(xiàn)代海洋中可以達(dá)到10攝氏度，而在一公里(.62英里)以下的深度低于1攝氏度的季節(jié)性變化。“在淺水區(qū)，每天和每年的氣溫變化都要快得多，”斯珀林解釋道。

在低氧水平的世界中，無法調(diào)節(jié)自身體溫的動(dòng)物無法經(jīng)受一個(gè)經(jīng)常在金發(fā)姑娘溫度以外擺動(dòng)的環(huán)境。

斯坦福大學(xué)的團(tuán)隊(duì)與耶魯大學(xué)的同事合作，提出對(duì)這種變化的避風(fēng)港的需求可能決定了大型動(dòng)物可以進(jìn)化的地方。“溫度最穩(wěn)定的唯一地方是深海，”斯珀林說。在氧氣有限的世界中，新演變的生命需要盡可能高效，而且只能在相對(duì)穩(wěn)定的深度才能實(shí)現(xiàn)。“這就是動(dòng)物出現(xiàn)在那里的原因，”他說。