寒武纪生命大爆发一直是地球科学领域的重大谜题。为什么动物生命会在距今约5.4亿年前突然出现并快速多样化？长期以来，科学家们将目光投向海洋的氧化。然而，真相远比“氧气增多”更为复杂和精妙。近期，魏天媛博士在中国石油大学（北京）蔡春芳教授和Leeds大学Simon W. Poulton的共同指导下，在《GSA Bulletin》上连续发表两项成果，共同描绘了一幅动态的图景：寒武纪早期海洋的氧气含量剧烈波动，而其背后的“导演”，正是关键营养元素——磷的循环。磷的循环调控了海洋氧气水平，最终决定了早期动物演化的进程。
（1）重建寒武纪早期塔里木海洋氧化还原时空演化
通过高分辨率分析塔里木盆地不同水深的玉尔吐斯组剖面铁组分、氧化还原敏感元素和总有机碳含量等（图1），研究团队精细刻画了寒武纪早期塔里木海洋的氧化还原模型。他们发现，海洋并非简单地变得富氧，而是存在一个高度动态变化的“氧气最小带”（OMZ），这个OMZ像呼吸一样不断扩张和收缩（图2）：
- 海平面上升时：上升流增强，带来丰富营养，导致生产力大增，耗氧加剧，使OMZ扩张，缺氧范围变大。
- 海平面下降时：上升流减弱，营养减少，OMZ收缩，氧化水域扩大。
这种氧气的动荡环境，本身就可能为生物演化创造了持续的环境压力，从而催化了新物种的首次出现和爆发。
图1 塔里木盆地不同剖面地球化学指标
图2 塔里木盆地最小氧化带OMZ时空演化模型
（2）磷循环的“精妙调控”
问题是，什么因素在控制着OMZ 的动态变化？通过先进的不同存在形式磷含量分析技术，揭晓了其答案在于磷的循环。作为生命不可或缺的受限营养元素，磷的供需平衡直接决定了生产力的高低，进而控制氧气的消耗与生产（图3）：
- 正反馈—“高磷—缺氧”循环：寒武纪早期海洋强烈的上升流带来大量磷，促进了生产力，导致缺氧；而缺氧环境又能促进沉积物中的磷释放回水体，使海洋保持动荡的缺氧状态。
- 负反馈—“固磷—增氧”转变：随着环境变化，氧化条件逐渐占据上风。在氧化环境下，磷被有效地锁定在沉积物中（如与铁结合）。水体磷含量因此降低，生产力下降，耗氧减少，从而促进了大范围、更稳定的氧化条件。
图3 塔里木盆地磷循环模型
（3）生命在动态平衡中绽放
这两项成果共同告诉我们一个更完整的故事：寒武纪生命大爆发并非发生在简单的“高氧”环境中，而是发生在一个由海平面变化驱动、磷循环精密调控的动态系统里（图4）。
- 磷循环是“开关”：它通过正负反馈，调控着海洋的氧气含量。
- 氧气波动是“舞台”：这个动荡的舞台为生命演化提供了压力和机遇。
- 生命爆发是“高潮”：当“开关”调节到合适的档位，即营养供给与氧化封存达到最佳平衡时，生命演化的“高潮”便如期而至。
图4 塔里木盆地上升流、海平面变化、氧化还原条件、生物化石及磷循环综合示意图
研究成果发表于国际学术期刊GSA Bulletin（魏天媛, 蔡春芳*, Y.J., Xiong, F.T., Bowyer, S., Poulton, A nutrient control on fluctuating oceanic redox conditions during the Early Cambrian radiation of animals [J]. Geological Society of America Bulletin, 2025. DOI: 10.1130/B37869.1; 魏天媛, 蔡春芳*, Y.J., Xiong, F.T., Bowyer, S., Poulton, Environmental controls on Early Cambrian macroevolution: Insights from the Tarim Basin, Northwest China[J]. Geological Society of America Bulletin, 2025. DOI: 10.1130/B38562.1.）。这是蔡春芳团队发现塔里木盆地玉尔吐斯组烃源岩是台盆区40-50亿吨油气的主力烃源岩而获中国石油和化学工业联合会一等奖后，又一项重要成果。研究受国家自然科学基金重点（42530805和41730424）等项目资助。
