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为解决新元古代动物起源与寒武纪多样化之间延迟的原因，研究人员开展了关于底栖昼夜氧气波动对动物演化影响的研究。通过生物地球化学模型和种群 - 表型模型，发现温暖气候下底栖氧气波动会带来生理压力，且高效氧气感应机制在这种环境下更具优势，这为解释动物多样化提供了新视角。
在地球生命演化的长河中，新元古代动物起源后，直到寒武纪才出现多样化的大爆发，这中间的延迟一直是困扰科学界的谜题。以往研究发现动物多样化与温室气候下海洋陆架面积扩张有关，但环境条件究竟如何直接影响早期生物的生理和生态，仍扑朔迷离。例如，虽然有观点认为环境氧浓度升高到一定阈值促进了动物多样化，可后续引发动物多样化的具体过程却无人知晓。而且，与其他生物更替事件常与恶劣环境相关不同，寒武纪大爆发很少被从生理压力角度进行探究，这使得该时期动物多样化的真正原因愈发神秘。为了揭开这层面纱，来自瑞典隆德大学、美国匹兹堡大学、挪威水研究机构等多个研究机构的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。研究人员主要运用了两种关键技术方法。一是生物地球化学模型，通过该模型来量化温暖和寒冷条件下，有光照的沉积物 - 水界面在昼夜循环中的氧气动态变化。二是种群和表型模型（G 函数框架），用于探索具有有效和低效氧气感应机制的物种在不同氧气波动环境中的生态和进化动态。研究结果如下：
- 变化的底栖氧气波动：利用生物地球化学模型进行模拟，在寒冷场景（+5°C）下，每日氧气波动和昼夜幅度较小，白天处于弱有氧状态，夜晚持续约 11 小时的低氧状态；而在温暖场景（+25°C）下，每日波动显著放大，白天完全有氧，夜晚迅速转变为无氧状态，且转变时间不到 0.3 小时。无论总有机碳（TOC）如何变化，炎热气候（+25°C 和 + 40°C）都导致白天氧气浓度高、夜晚低，低氧过渡时间更短，沉积物 - 水界面无氧暴露时间更长。
- 氧气波动的感应与响应：通过种群和表型模型模拟发现，当氧气随机波动时，高效氧气感应的成本高于收益，低效氧气感应机制（pOSM）的物种占主导；当氧气周期性波动时，高效氧气感应机制（eOSM）的物种在约 500 个（伪）时间步后占据优势；当氧气既有周期性又有随机波动时，eOSM 物种更受青睐，pOSM 物种在 250 个（伪）时间步内灭绝。不同动物类群中 HIF 驱动的氧气感应组成存在差异，反映了它们在感知和响应氧化还原波动方面的效率和成本不同。研究结论表明，新元古代晚期到古生代早期，底栖海洋环境中每日氧气波动剧烈，足以诱导早期动物产生生理压力并促进其特定适应。温暖气候下，这种波动更为明显，而寒冷环境中波动则较为温和。在周期性氧气波动环境中，投资高效氧气感应策略（如 eOSM）在适应度上更具优势，特别是当存在随机影响时，eOSM 物种的优势更为突出。这一研究强调了非生物参数变化和相关生理压力在空间和短时间尺度上对动物进化的推动作用，为重新评估驱动寒武纪大爆发的因素提供了重要依据，让人们对动物在早期演化过程中如何适应环境变化有了更深入的理解，也为后续研究低氧环境对动物进化的影响指明了方向。
