原始生命的劫难：埃迪卡拉纪末期灭绝事件？（End-Ediacaran extinction）

大约在5.75亿年前，地球上诞生了第一批宏体动物-埃迪卡拉生物群。

埃迪卡拉生物群由两大类物种组成，一种是狄更逊水母等软体生物；另一种则是钙化生物。

比较著名的就是有碳酸钙骨架的克劳德管虫（Cloudina）和纳玛高脚杯虫(Namacalathus.sp)。

它们的生存方式类似现在的珊瑚，是一种远古的造礁生物。

2400万年后，生物更替开始发生，埃迪卡拉动物的多样性开始下降，众多生物群从此消失，这就是地球上第一次已知的大规模灭绝事件-埃迪卡拉纪末期灭绝事件（End-Ediacaran extinction）。

随后在寒武纪早期两侧对称动物的迅速出现和多样化，这就是寒武纪大爆发。

埃迪卡拉纪末期到底发生了什么，以致于耗费了数十亿年才演化出的生命悄然消失呢？

通过测量，地质学家在埃迪卡拉纪末期地层中，发现了一个负的δ¹³C偏差讯号 (BACE事件)。

这种地质化学讯号时常伴随着大灭绝发生而出现，这表明埃迪卡拉纪末期极有可能发生了一场规模不小的灭绝事件。

那么埃迪卡拉纪末期是否真的发生了生物的灭绝，从而为寒武纪的物种让出了生存空间呢？

2017年，事情发生了变化。

南京地质古生物研究所的朱茂炎研究员联合俄罗斯和英国的同行与西伯利亚本地猎人，在西伯利亚尤多马河上游无人区找到了前寒武纪和寒武纪的连续地层剖面，发现了大量的化石。

结合收集到的化石及地球化学信息，文章作者对埃迪卡拉生物群的灭绝促进了寒武纪大爆发的观点提出了质疑。

在这篇论文里，科学家们展示了来自俄罗斯东西伯利亚的跨越埃迪卡拉纪至寒武纪的高分辨率 δ13C 和生物地层数据。

软体埃迪卡拉纪生物群（Beltanel liformis）出现在埃迪卡拉纪晚期正碳同位素高原（EPIP）开始之前，EPIP内出现了埃迪卡拉纪和寒武纪混合的骨骼生物群（Cloudina、Anabarites、Cambrotubulus），多样化的寒武纪小型贝壳类化石（Protohertzina 和其他原牙形动物、halkieriids、chancelloriids、hyoliths、hyolithelminthes 和穴居痕迹化石 Diplocraterion）出现在 BACE 的开始。

这些证据表明：在 BACE事件（地质学家在埃迪卡拉纪末期地层中，发现了一个负的δ13C偏差讯号）之前，特征性寒武纪骨骼类群已经存在，并多样化了。

寒武纪大爆发真正开始可能是在埃迪卡拉纪。

埃迪卡拉纪和最早的寒武纪生物群重叠，没有任何显着的生物周转，软体埃迪卡拉纪生物群的灭绝实际上可能是渐进的，而不是突然的，它的演化规律更加符合“生物替代”模型，需要进一步证明是否存在竞争性或掠夺性置换。

总而言之，来自西伯利亚的这项发现不支持埃迪卡拉生物群的灭绝促进了寒武纪大爆发的论点，而是表明寒武纪后生动物大爆发和埃迪卡拉生物群有很深的根源。

那么埃迪卡拉纪末期到底发生了什么？

地质研究留下了线索：此阶段有黑色页岩沉积的增加。

黑色页岩又暗示了什么呢？

黑色页岩是一种深色泥岩，含有可能在地下产生碳氢化合物或可能通过热解产生碳氢化合物的有机物质。

许多黑色页岩单元的金属含量比普通页岩的预期含量高出数倍，这里面最常见的就是黄铁矿（通常称为“愚人金”）。

原生黄铁矿是细菌对硫酸盐还原作用的产物, 其形成与活性铁(Fe³⁺)及H₂S的环境密切相关。

一般是沉积物中的活性铁被还原为二价铁离子, 二价铁离子与硫化氢在一定比例条件下化合形成自形黄铁矿以及部分硫铁化合物, 如硫化亚铁(FeS)、水陨硫铁胶体(FeS·_nH₂O)、四方硫铁矿(Fe₉S₈)和胶黄铁矿(Fe₃S₄)等。

这些硫铁化合物进一步结晶脱水或硫化形成莓球黄铁矿。整个形成过程中有机质被作为还原剂与能量来源, 活性铁来自于陆地地表径流带来的硅酸盐矿物或热液活动, 而硫化氢则在细菌分解有机物或沉积物中的硫酸盐被还原过程中产生。

从这一过程中，我们就可以看出，无论是分解有机物产生硫化氢的细菌，还是过程中二价铁离子的循环，都对氧气高度敏感。

所以黄铁矿必然形成于缺氧条件下。

科学家通过观察黄铁矿（通常称为“愚人金”）以及古代泥岩中的其他元素和矿物质来确定海洋缺氧水平。

有了方案，接下来就是找到的合适的观察对象。

湖北省三峡地区就是一个产出埃迪卡拉纪时期化石的地方。

它的岩石样本沉积在 5.51 到 5.41 亿年前的浅海环境中，并记录了它们沉积时发生的海洋环境变化，是采集海相灰岩岩样的好样本。

科学家们随后测量了海洋石灰岩中的铀同位素变化，然后整合了来自同一组岩石的铀同位素数据和古生物学数据。

整合数据后，该团队发现，广泛的海洋缺氧事件与早期动物的衰退和随后的消失相吻合。

大氧化事件以及有氧呼吸的产生使得生命复杂化和后生动物的诞生有了基础，而氧气则是生命活动的关键。

质量平衡模型显示，埃迪卡拉纪末期，发生了广泛的海洋缺氧事件，在此期间缺氧覆盖了超过 21% 的海底，这也是5.5 亿年来最严重的海洋缺氧事件。

结合之前西伯利亚的发现，可以这样推测，在埃迪卡拉纪的末期，寒武纪的生命已经出现，并凭借自己的优势，占据了有利地位，夺走了埃迪卡拉生物的生态位。

独立于其他环境和生态因素的海洋缺氧和氧化还原异质性的扩大可能进一步打击了本就弱势的埃迪卡拉生物群，同时刺激了动物的运动性。

小型贝壳类族群等寒武纪两侧对称动物的“新成员”凭借优势，挺过了这次灾难，扩大了自己的生存空间，并在远古海洋中发展出了生命的第一个高峰-寒武纪大爆发。

在此过程中，大部分进入海洋的铀被驱逐到缺氧水域下方的沉积物中，留下了时代的证据。

参考文献：

1.https://www.sciencedaily.com/releases/2018/06/180627160543.htm

2.End-Ediacaran extinction

3.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1689220437533784006&wfr=spider&for=pc

4.https://www.zupu.cn/renwu/20201016/543830.html

5.李丹, 欧成华, 马中高,等. 黄铁矿与页岩的相互作用及其对页岩气富集与开发的意义[J]. 石油物探, 2018, 57(3):12.

6.Zhu M , Zhuravlev A Y , Wood R A , et al. A deep root for the Cambrian explosion: Implications of new bio- and chemostratigraphy from the Siberian Platform[J]. Geology, 2017, 45(5):G38865.1.

7.Zhang F , Xiao S , Kendall B , et al. Extensive marine anoxia during the terminal Ediacaran Period.

视频来源：

1.3D Animated Short: Cambrian Explosion

2.World Heritage for the Flinders Ranges