导语：海洋中微量元素的变化与生物的大爆发和大灭绝在时间上重合是否仅仅是巧合？
关键字：大爆发；灭绝；微量元素
1859年，在查尔斯·达尔文通过自然选择学说推广了其进化论时，世人还未听说过板块构造。认为陆地漂浮在地幔深处熔化的岩浆上面这样的观点在当时是难以想象的。
因此认为地球陆地板块的移动是所有生命进化改变的主要驱动力对达尔文来说是非常震惊的。
在本月出版在《冈瓦纳研究》（Gondwana Research）上的研究中，我们认为构造板块在过去7亿年中有规律的碰撞是地球上进化改变的最初驱动力。
生命的本质
我们采用塔斯马尼亚大学地球科学实验室的激光技术分析了来自全球海底泥岩样品中超过4000个黄铁矿颗粒。
这样我们就能判断海洋中的微量元素浓度在7亿多年期间是如何变化的。这些微量元素包括铜、锌、磷、钴和硒—是几乎所有生命体（从海洋浮游生物到人类）的运转所必需的物质。
最令人惊奇的发现是在地球历史中有一些时期海洋中的营养微量元素很高而在其它时期这些重要元素的含量则很低。
丰富的营养微量元素在短期内促进了浮游生物的快速增长，这似乎与进化改变增长期有关。比如在埃迪卡拉纪(6.35到5.42亿年前)和寒武纪(5.41到4.85亿年前)之前微量元素含量骤增，而在这一时期多细胞动物的数量也快速暴涨。
约5.4亿年前的寒武纪大爆发是大多数现存动物出现的时期。此时海洋中的必需微量元素含量达到了顶峰，因而营养物质含量很高。
约5.4亿年前的寒武纪大爆发是各种动物出现的时期。莫非是海洋中微量元素的增加引发了生物大爆发？（图片来源：Wikia, CC BY-SA）
营养物质匮乏使得浮游生物逐渐减少并且使得多样性降低，最终可能导致了三场主要的生物大灭绝。这些大灭绝分别发生在奥陶纪、泥盆纪和三叠纪这三个地质时期的晚期。
尽管关于这些大灭绝已经有几种可能的解释，海洋中微量元素的匮乏可能是另一个合理的原因。正在进行的研究表明这些灭绝与某些微量元素（尤其是硒）含量的快速下降密切相关。
板块构造和营养物质循环
海洋中的营养物质来自陆地岩石的风化和侵蚀。风化使得岩石中的矿物质破碎，释放出微量元素滋养生命。因此风化率和侵蚀率长期的升高为海洋提供了更多的营养物质。
在漫长的地质历史中，在由陆地板块碰撞引起的造山运动期间，侵蚀率极大地提高。
自二十世纪六十年代以来，地质学家们已经知道构造板块的碰撞形成了大型山脉。印度板块从冈瓦纳超级大陆中脱离后在向北漂移时撞上了亚洲板块，使得青藏高原抬起并最终形成了喜马拉雅山脉。这些碰撞即造山运动（orogenic events），它们在地球历史中的时间已被确立。
持续的侵蚀最终使得地表营养物质枯竭，使得海洋营养物质减少。这可能导致了海洋生物的灭绝。
当构造板块碰撞时，山被抬升而侵蚀则使得海洋中营养物质增加。（图片来源：作者Ross Large，塔斯马尼亚大学）
显示构造碰撞和营养物质循环之间关系的微量元素曲线第一次被绘制出来。
虽然营养物质的循环是否推动了进化以及是否是导致生物大灭绝的一个因素还有待于验证，但这使得我们从广义上去思考进化。板块构造和进化均发生在相同的几百万年前的同一时间段，二者在逻辑上似乎有因果关系。
在循环早期，海洋中增加的营养物质和进化爆发式改变之间确实紧密关联，但其和陆地高级动物的进化之间的关系尚不明确。
海洋外的生命
第一种陆地动物的起源（约3.7亿年前的四足动物）与海洋营养物质减少和一系列海洋生物大灭绝有关。这就可以解释某些拥有粗壮四肢的肉鳍鱼离开海洋是为了离开营养物质匮乏的环境到陆地上生存。
但是三叠纪早期恐龙和哺乳动物的首次出现（约2.25亿年前）与充足的微量元素没有关系。
或许循环主要适用于海洋中的生物多样性。营养物质的减少与一些全球性海洋大灭绝肯定有密切关系。在未来对硒元素的研究中，我们将进一步研究这些大灭绝。
作者简介：
Ross Large，塔斯马尼亚大学地质学杰出教授。
John Long，弗林德斯大学古生物学战略教授。
（翻译：张文泰；审校：朱佳莲）
原文链接：
https://theconversation.com/plate-tectonics-may-have-driven-the-evolution-of-life-on-earth-44571
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