科技猎几亿年前地球曾变身"雪球" 动物们是如何活下来的？
（原标题：How did animals survive 'Snowball Earth'?）
作者 | 小小
出品 | 网易科技《知否》栏目组（公众号：tech_163）
图1：艺术家们渲染的“雪球地球”
在距今大约7.2亿到6.35亿年前，地球曾进入“低温时期”。那时我们经历了历史上最极端的冰河时期，几乎整个地球都处于“冰冻状态”，因此当时的地球也被称为“雪球地球”。
然而令人震惊的是，也正是在这个时候，复杂动物的最初迹象出现在化石记录中，这些生物为延续至今的动物黄金时代到来奠定了基础。那么，在“雪球地球”如此严酷的环境中，为何生命不仅继续繁衍下来，而且似乎还有日益繁荣的倾向？
图2：现在的冰原只覆盖了格陵兰和南极洲部分地区，但在低温时期，它们覆盖了地球表面的大片区域
地球表面在低温时期几乎完全冻结，巨大的冰原延伸到热带地区，地表平均温度可能在零摄氏度左右，有时可能会降到零下50摄氏度。与此同时，火山活动也十分频繁，短暂的热量喷发会将这些冰冻表面隔开。
那时的地球可以说处于疯狂时期，在冰和火的极端之间反复拉锯。但这也是非常重要的时期，因为低温时期显然帮助点燃了复杂动物诞生的曙光，包括人类的祖先。
图3：寒武纪的生命大爆发是地球历史上的巨大转折点，这要归功于进化的繁荣，产生了越来越大、结构复杂的动物
事实上，地球上的生命在低温时期到来之前就诞生了，但当时主要是单细胞微生物。即使多细胞动物也出现了，但它们依然是简单的、通常处于静止状态的生物，平静地过滤海水或在“微生物垫”上进食。这些早期动物还没有眼睛、腿、下巴或爪子这样的器官，在缺少捕食者的世界里，它们并不真的需要这些东西。
然而，这种情况很快发生了改变，这要归因于寒武纪的生命大爆发，生命多样化导致了“动物时代”的到来。这个爆发过程只持续了短短2000万年，但这是地球生命进化的巨大飞跃，诞生了我们今天所知的主要动物群体，包括人类和所有其他脊椎动物的祖先。
不过，化石记录表明，复杂动物在寒武纪生命大爆发之前就已经存在，甚至早于地球的低温时期诞生，以至于它们不得不对抗“雪球地球”的恶劣环境。这些先驱包括真核生物，即具有先进细胞结构的生物，可能还包括海绵等原始动物。
富含氧气的水域对于许多早期复杂生物来说至关重要，特别是动物，但由于冰层覆盖的海洋中氧气含量有限，科学家们长期以来始终认为这种环境当时并不存在。但这些早期生物的确幸存了下来，因为我们就是它们的后代。
为了找出答案，有些科学家提出了真核生物可能通过低温时期的其他方式，例如生活在冰原顶部的融水池中，而不是生活在下面的海洋中。然而，最新研究显示，即使是冰冻的海洋可能也不像我们通常认为的那样，不适合这些古老有机体生存。
图4：Venable冰架的边缘伸入来自南极洲两个半岛之间的海洋中
研究显示，离海岸较远的海水确实具有极低的氧水平和高水平的溶解铁，这将使那些环境不适合依赖氧气的生命生存。然而，在靠近被冰覆盖的海岸线，海水出人意料地富含氧气。这是“雪球地球”期间富氧海洋环境存在的第一个直接证据，也帮助解释了生物如何在“雪球地球”中幸存下来，并在寒武纪爆发期间快速进化。
研究人员解释称：“证据表明，尽管低温时期的大部分海洋由于缺氧而不适合生命生存，但在地面冰盖开始漂浮的地区，存在着关键的含氧融水环境。这是因为，困在冰川冰中的气泡在冰川融化时释放到水中，使水中富含氧气。”
冰川是由降雪形成的，雪在积聚的过程中慢慢压缩成冰川冰。雪中保存着气泡，里面包括氧气，这些气泡会被困在冰中。随着时间的推移，这些气泡通过冰层向下移动，最终随着融化的水从冰川底部逃逸出来。在某些地方，这可能提供了足够的氧气来帮助早期海洋动物生存下来。
图5：通过研究地球历史的“雪球”状态，科学家们希望更多地了解其他似乎有冰冻海洋存在的世界，如系外行星开普勒-62f
事实上，“雪球地球”可能不仅仅是那些生物要克服的困难。有迹象表明，低温时期的特定条件反而有助于为寒武纪生命大爆发。研究人员称：“全球冰冻发生在复杂动物进化之前表明，雪球地球和动物进化之间存在联系。这些苛刻的条件可能会刺激生命向更复杂的形态、多样化方向迈进。”
研究人员解释称：“地球被冻结了5000万年。巨大的冰川将整个山脉都夷为平地，从而释放出营养物质。当雪在极端全球变暖事件中融化时，河流将大量的营养物质冲进海洋，为生命爆发创造了条件。以前由细菌统治的海洋现在被更大、更复杂的有机体主导，它们的大量出现为更大、更复杂的物种进化提供了支持。”
由此可见，如果没有“雪球地球”，生命可能永远没有进化的机会。只有在这些复杂的环境中，包括人类在内的、日益庞大和复杂的动物才能在地球上茁壮成长。
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