大型哺乳动物的进化归功于更多氧气

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一项新近汇编的地球大气氧气全面记录显示,5千万年前曾出现一个氧气高峰。氧气的大量增加,发生在恐龙衰落之后不久,可能不仅促进了巨型胎盘哺乳动物(如10英尺高的树懒)的演化,也促进了包括人类在内的大脑发达生物的演化。

这些数据来自可追溯到2.05亿年前的深海沉积岩芯,其中包含富含无机碳的矿物质以及单细胞海洋浮游植物的有机遗骸。这些生物通过光合作用产生氧气,并在这一过程中,通过改变沉积物中两种稳定碳同位素——碳13和碳12——的比率,留下了化学特征。

通过比较无机颗粒中碳13的含量与有机物中碳13的缺失,科学家可以估算出当时大气中氧气的含量。罗格斯大学新泽西州立大学的保罗·法尔科夫斯基和他的团队分析了这些证据,以及一个德国团队早期发表的相关数据,并得出结论,在过去的2.05亿年中,氧气水平基本上翻了一番。


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在这个时期的开始,大气中氧气的体积仅占10%。而大约在1.9亿年前出现的哺乳动物体型很小,重量约为2克。相比之下,大约在5千万年前,大气中的氧气含量达到了23%——比今天高2%。法尔科夫斯基说:“正是在这个时候,当我们观察化石记录时,我们看到了新型胎盘哺乳动物大量涌现。”

一般来说,哺乳动物需要大量的氧气才能移动和代谢食物。哺乳动物的大脑也消耗约占总卡路里消耗的三分之一。哺乳动物母亲在血液到达胎盘之前,会消耗掉血液中约60%的氧气。空气中更多的氧气将有助于改善子宫内的条件。

自从哺乳动物的鼎盛时期以来,氧气水平已降至约21%,这种下降可能是由于大约1千万年前地球上发生的大火灾造成的,这些火灾摧毁了大片产生氧气的植被。一篇详细介绍这些发现的论文发表在最新一期的《科学》杂志上。

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