根據最近在《美國國家科學院院刊》發表的一項研究，深海氧氣水平的上升可能為早期脊椎動物開闢了新的海洋棲息地，並促進了物種的演化。這項研究將中泥紀期間（約三億九千三百萬到三億八千二百萬年前）的持續氧氣增強，與有顎魚類及其他動物向深水域的殖民化聯繫起來，這一變化與化石紀錄中出現的生物多樣性大爆發相吻合。杜克大學的共同作者邁克爾·基普（Michael Kipp）指出，雖然氧氣長期被認為是動物演化所必需的，但氧氣是否也能成為物種多樣化的充分條件一直難以確定。這項研究強調了氧氣在早期動物進化時間上的重要性，特別是對於有顎脊椎動物在深海棲息地的出現。
在深海發生了什麼變化，以及何時發生。多年來，科學家對深海是否在古生代早期（約五億四千萬年前）就已經氧化，或者這一過程是分階段進行的問題展開了激烈的討論。新的分析結果支持了這一分階段的故事。研究團隊發現，在古大陸的外部大陸架上，深水域發生了兩次明顯的氧化事件。第一次是在約五億四千萬年前的寒武紀期間，持續時間短暫。隨後，氧氣水平下降至大多數動物無法生存的程度。第二次氧化事件始於中泥紀，並持續至今。這一中泥紀的變化與一些研究者所稱的中古生代海洋革命相符，生態系統重組，動物進入新的生態位，身體大小也隨之增加。隨著氧氣在深水環境中的持續存在，有顎魚類及其他群體在化石紀錄中出現，並開始在這些棲息地中繁衍和多樣化。
這項研究不僅將氧氣視為催化劑，更視為古代動物能夠繁榮的關鍵驅動力。基普表示，最初的寒武紀氧氣脈衝可能短暫地打開了大門，但隨後的氧氣下降卻阻礙了海洋動物向外部大陸架深水環境的擴散和多樣化。研究者們還發現了陸地與海洋之間的聯繫。持續的氧化與木本植物的擴散重疊，這些植物是森林的早期前驅，擁有堅硬的支撐莖。基普指出，隨著這些植物的增長，它們釋放了更多的氧氣進入空氣中，進而導致深海環境中氧氣含量的增加。換句話說，陸地的創新可能為深海的持久生物擴張奠定了基礎。
為了推斷遠古氧氣的變化，研究人員轉向了硒元素。這是一種存在於海洋沉積物中的微量元素，通過其同位素記錄過去的氧氣條件。重硒和輕硒同位素的比率在氧氣水平足以支持動物生命的地方變化明顯，而在氧氣過低的地方，這一比率則相對穩定。透過測量這些同位素的模式，科學家能夠推斷出古代水域是否達到了動物生存的門檻。研究團隊收集了97個在252到541百萬年前的深海水域沉積的岩石樣本，這些岩石均形成於外部大陸架，正是深水氧氣變化會重塑棲息地的地方。這些岩石被粉碎並在實驗室中溶解，隨後進行硒的純化分析。分析結果揭示了兩步的氧化歷史，短暫的寒武紀氧化和持久的中泥紀轉變。
這些發現對現代的警示意義深遠。如今，海洋的氧氣水平通常與大氣保持平衡，但局部和區域性的死區仍然會形成。其中一些是自然現象，但許多是由於來自化肥和工業活動的養分流失促進了浮游植物的繁殖；隨著有機物質的分解，氧氣被消耗，可能驅使氧氣水平下降至不可檢測的值。基普警告說，這項研究明確顯示了氧氣與海洋動物生命之間的聯繫。大約四億年前形成的平衡使得複雜的生態系統能夠擴展到深海環境中，若今天在幾十年內擾亂這一平衡，將是非常可惜的。
