發生在5.4億年前的寒武紀生命大爆發，堪稱地球生物演化史上的里程碑，現生動物的絕大多數門類在很短的時間裡“突然”出現。是什麼原因導致了這次大爆發？來自中英俄團隊的最新研究表明，氧氣含量是控制著寒武紀大爆發進程的最關鍵因素。該成果於5月6日在線發表在《自然·地球科學》上。

早在2006年，朱茂炎團隊就提出了階段性輻射和滅絕的寒武紀大爆發過程模型，並發現動物早期演化的階段性輻射和滅絕過程，與海水碳同位素的異常變化存在耦合關係。但是，這種相關性之間的具體原因和機制一直不明。

該團隊於2008年在西伯利亞採集了一套珍貴的寒武紀早期碳酸鹽岩地層樣品。隨後，中英俄合作團隊開展了系統的碳、硫同位素實驗分析和數學模型計算。計算表明，該地區海水碳、硫同位素在寒武紀早期距今5.24億年至5.14億年期間發生了5次同步變化，其變化幅度反映了大氣和淺海中氧氣含量的變化幅度。而距今5.14億年之後碳、硫同位素的不同步變化則反映了海水普遍缺氧。

綜合生物地層資料研究表明，在寒武紀早期距今5.24億年至5.14億年之間的1000萬年時間內，也就是寒武紀大爆發的高峰時期，海水碳和硫同位素值發生的同步波動的次數和幅度，與動物化石多樣性變化的次數和幅度在時間上高度吻合。而在距今5.14億年之後的大約200萬年間，碳和硫同位素之間的變化則是不同步的，碳同位素保持明顯的負異常，硫同位素頻繁波動。巧合的是這​​一時間內發生了全球性寒武紀動物群的大滅絕。

這一研究首次採用定量模型論證了動物的寒武紀大爆發的幕式過程受控於大氣和海洋的氧氣含量變化，而發生在距今5.14億年左右的寒武紀動物群大滅絕事件是海水缺氧造成的。