最近一項新的研究發現,寒武紀大爆發與肉食動物出現所引發的生存競爭息息相關,過去某些學者認為大氣層中氧氣濃度提高,為生物演化成更複雜的形體提供了能量,也有學者認為生物間的競爭壓力促成了加拿大伯吉斯頁岩 (Burgess Shale Formation) 中多樣化生物。這項新的研究顯示,沒有氧氣,就沒有肉食動物。沒有食肉動物,就不會有寒武紀大爆發,而五億四千萬年前令人驚嘆的物種多樣性與多變的身型演化也就不會發生了。

藝術家 Marianne Collins 繪製的復原圖利用化石標本繪製出具備裝甲之寒武紀海洋動物 Orthrozanclus reburrus 復原圖。(圖片資料來源: AAAS-Science, 2007 / published in Science article co-authored by Dr. Jean-Bernard Caron, ROM Associate Curator, Invertebrate Palaeontology, Department of Natural History)
出自加拿大伯吉斯頁岩(Burgess Shale Formation) Walcott Quarry 之古生代寒武紀中期 Orthrozanclus reburrus 標本,長度約 11 mm (圖片資料來源 : Royal Ontario Museum )
 

美國哈佛大學 Erik Sperling 所帶領之研究團隊於2013年7月30日於美國國家科學院期刊發表論文 Oxygen, ecology, and the Cambrian radiation of animals,此研究團隊在現今地球中尋找類似寒武紀大爆發之前的低含氧量海洋環境,鎖定氧含量 1%-10% 之海洋環境,此含氧量與前寒武紀時期海洋類似,證據顯示寒武紀大爆發期間,地球海洋中的氧氣急劇上升,而造成含氧量急遽上升的原因至今尚未有定論。而在現代地球海洋低氧區域,顯少有肉食動物出現,Erik Sperling 表示 :「這代表前寒武紀時期低含氧量的海洋,很少會有肉食動物」。

研究團隊中的海洋生物學家 Lisa Levin 博士表示,現代地球低含氧量海洋環境中的動物體型非常微小,體型微小的生物不易形成化石,這也解釋了為何前寒武紀時期很少留下動物化石紀錄。而生活在那裡的微小動物是以海洋表面落下的細菌或是碎屑物質為食,在此環境中生物的多樣性是非常低的。

現代海洋中隨著含氧量上升,肉食動物的體型逐漸變大,生物多樣性開始增加,這類似在寒武紀時期海洋含氧量上升,氧氣為獵食動物所需要的新陳代謝提供了燃料。在前寒武紀時期的化石記錄都無有力之證據表明當時存在著肉食動物,直到寒武紀之後才有肉食動物存在的化石證據。

寒武紀開始,動物開始出現獵食行為,即便是海洋浮游生物都演化出爪,以便抓住和咀嚼更大的獵物。獵食行為的出現導致生物競爭相繼演化,進而出現保護身體的硬殼與尖刺。

Erik Sperling 希望透過目前地球的環境去了解遠古時期的海洋,以新的方式來思考寒武紀大爆發的原因。 他表示 :「觀察現代低氧區海洋,讓我們得以推測氧氣是否是寒武紀大爆發背後的重要因素,以及海洋含氧量增加到一定程度時我們可以看到什麼變化」。

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