根據新的研究，地球大氣中的氧氣水平很可能在10億年前”劇烈波動”，創造的條件可能加速了早期動物生命的發展。科學家們認為大氣中的氧氣分三個階段發展，首先是大約20億年前的所謂大氧化事件，當時氧氣首次出現在大氣中。第三階段，大約4億年前，大氣中的氧氣上升到今天的水平。

不確定的是在第二階段發生了什麼，在一個被稱為新近紀的時代，大約10億年前開始，持續了大約5億年，在此期間出現了早期的動物生命形式。

科學家們試圖回答的問題是–在新近紀時代，氧氣水平的變化是否有什麼特別之處，可能在動物的早期進化中起到了關鍵的作用–氧氣水平是突然上升還是逐漸增加的？

早期動物的化石痕跡–被稱為震旦紀生物群，需要氧氣的多細胞生物–已經在5.41至6.35億年前的沉積岩中被發現。

加拿大Mistaken Point生態保護區的早期動物化石記錄。資料來源：Emily博士/G. Mitchell – 劍橋大學

為了嘗試回答這個問題，利茲大學的一個研究小組在里昂大學、埃克塞特大學和倫敦大學的支持下，利用對從淺海採集的石灰岩中發現的不同形式的碳，或碳同位素的測量。根據發現的不同類型的碳的同位素比率，研究人員能夠計算出數百萬年前存在的光合作用水平，並推斷出大氣中的氧氣水平。

計算結果中已經能夠產生過去15億年來大氣中的氧氣水平記錄，這告訴我們有多少氧氣會擴散到海洋中以支持早期海洋生物。

在利茲大學地球與環境學院完成其博士學位的生物地球化學模型專家Alex Krause博士是該項目的首席科學家，他說這些發現為地球上氧氣水平的變化方式提供了新的視角。

他補充說：”早期的地球，在其存在的前20億年中是缺氧的，大氣中沒有氧氣，隨後氧氣水平開始上升，這就是所謂的大氧化事件。直到現在，科學家們一直認為，在大氧化事件之後，氧氣水平要么很低，然後在我們看到第一批動物進化之前猛然上升，要么在動物出現之前，氧氣水平已經升高了持續數百萬年。

“但我們的研究顯示，氧氣水平的變化要大得多。在早期動物生命形式出現之前的很長一段時間裡，氧氣水平在高和低之間震盪。我們看到，早期動物生活的海洋環境會有豐富的氧氣，然後又經過了一段沒有氧氣的時期。”

領導利茲大學地球進化模型小組並監督該項目的本傑明-米爾斯博士說。”這種環境條件的周期性變化會產生進化的壓力，一些生命形式可能已經滅絕，而新的生命形式可能出現。”

米爾斯博士說，含氧量高的時期擴大了所謂的”宜居空間”–海洋中氧氣水平高到足以支持早期動物生命形式的部分。”在生態學理論中已經提出，當你有一個正在擴張和收縮的宜居空間時，這可以支持生物生命的多樣性的快速變化。當氧氣水平下降時，對一些生物有嚴重的環境壓力，這可能會推動生物的滅絕。 而當富含氧氣的水域擴大時，新的空間允許倖存者上升到生態主導地位。這些擴大的宜居空間將持續數百萬年，為生態系統的發展提供充足的時間。”