新元古代早期浅海水中氧气水平较低与真核生物演化停滞的关系

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：Low Oxygen Levels in Early Neoproterozoic Shallow Seawater and Evolution Stasis of Crown-Group Eukaryotes

　　海洋氧化还原条件与真核生物演化关系

　　

摘要

冠群真核生物在中元古代晚期（约11亿至10亿年前）迅速多样化，但在新元古代早期（约10亿至8亿年前）其进化速度放缓，大约在8亿年前再次出现了一次显著的多样化事件。先前的研究表明，海水中营养物质（氮和磷）的匮乏可能在这一时期延缓了真核生物的进化。然而，海洋氧化还原条件对真核生物进化的影响（无论是直接的还是间接的）仍不清楚。通过结合沉积学、矿物学和地球化学的方法，我们分析了华北地区淮北群赵魏组、牛园组和九顶山组（约10亿至9.5亿年前）的浅海碳酸盐岩，以确定新元古代早期海水的氧化还原状况。显微镜观察发现这些地层中含有大量的水柱碳酸盐泥沉淀物（“白化”现象），表明表层水体具有中等氧气含量。地球化学分析结果显示，碳酸盐岩中的I/(Ca + Mg)比值大多（98%）低于前寒武纪的背景值（0.5 μmol/mol），且没有明显的负Ce异常（0.82 ± 0.06，n = 44）。这些发现支持浅水区域存在低氧环境的观点。低氧环境与营养物质匮乏共同作用，可能延缓了新元古代早期冠群真核生物的多样化进程。本研究为了解地球中古时期的海洋氧化还原条件及其对早期真核生物进化的潜在影响提供了宝贵的见解。

通俗语言总结

氧气对所有真核生物的生命都至关重要。新元古代早期冠群真核生物的进化速度明显缓慢。这一现象是否受到当时海洋氧化还原条件的影响尚不清楚。为了解决这个问题，我们分析了位于华北克拉通东南边缘徐淮地区赵魏组、牛园组和九顶山组的早期新元古代碳酸盐岩的沉积学、矿物学和地球化学特征。研究结果表明，当时的浅水区域氧气含量较低。低氧环境加上营养物质匮乏可能阻碍了冠群真核生物的早期进化。这些发现为了解新元古代海洋的化学条件及其对早期真核生物进化的影响提供了新的见解。

要点

• 通过分析碳酸盐岩中的I/(Ca + Mg)比值和Ce异常来重建新元古代早期浅海水的氧化还原条件

• 研究结果显示，华北徐淮地区的碳酸盐岩记录了亚氧化的浅海环境

• 低氧环境和营养物质匮乏共同阻碍了冠群真核生物的持续进化

利益冲突

作者声明与本研究无关的任何利益冲突。

数据可用性声明

我们的数据存档于Hou等人（2025）的研究中。