地球中古时期的低含氧量延缓进化20亿年

2019-03-18 08:55:13 来源: 贵港信息港

地球中古时期,大气中的低含氧量令进化延缓了20亿年,提出了地球生命起源新问题

时间:2017年2月2日

文章来源:埃克塞特大学(University of Exeter)

概要:地球中古时期,大气中的低含氧量让进化延缓了20亿年,引发人们提出关于地球生命起源的新问题。新研究解释为何氧气会陷入低含量而未能升高的原因。

新研究解释了为何在“大氧化事件”后,大气氧含量一度陷入较低的水平。

图片来源:由美国国家航空和宇宙航行局(NASA)提供

地球中古时期,大气中的低含氧量令进化延缓了20亿年,提出了地球生命起源新问题

埃克塞特大学的新研究解释为何氧气会陷入低含量未能升高的原因。

埃克塞特大学地理系的Tim Lenton教授和Stuart Daines博士建立了一个电脑模型来解释氧气如何保持稳定在低含量,以及尽管早期光合作用已经可以产生氧气,其含量却依旧无法上升。他们的研究帮助我们解释了为何在大约24亿年前让氧气出现在地球大气层的“大氧化事件”没能制造出现在水平的含氧量。

在他们发表于《自然-通讯》(Nature Communications)的文章—— 《在由于沉积物有机碳的不完全氧化性风化而造成的元古代低氧水平中的大气氧调节》(编者注:见文后参考文献)中,埃克塞特大学的科学家们解释了有机物——简单生物的尸体——是如何累积在地球沉积岩中的。在“大氧化事件”后,一旦板块构造将这些沉积物推到地表时,它们首次与大气中的氧气发生反应。

大气中的氧气越多,有机物与氧气反应的速度越快,

地球中古时期的低含氧量延缓进化20亿年

逐渐形成了一个调节机制——沉积物以与产生氧气的相同速率消耗着氧气。

这一机制随着陆生植物数量的增加以及随之而来的全球光合作用的加倍影响下被打破。终,大气中的氧浓度超过了对氧气的抑制,也意味着有可能终达到我们今天所适应的氧气水平。

这一变化更有利于动物在陆地上生活,并终进化成人类。

这一电脑模型表明,在“大氧化事件”后的20亿年中,大气中的氧含量大概是目前的10%,并不低于我们现在所知的氧含量的1%。

Lenton教授说道:“这一时期在地球历史上显得有一些不合逻辑(编者注:原文为“a catch-22 situation”-“第二十二条军规”,象征一种两难的局面)。因为当时大气中没有足够的氧气,不可能进化出复杂的生命形式,而没有足够的氧气又是因为复杂植物还未进化——只有当陆生植物出现的时候,大气中氧气的含量才有了显著提高。”

Lenton教授指出:“地球上生命体的历史都与这个星球的物理和化学机制密切相关。生命体无疑对创造我们适应的世界发挥了深远的作用,而这个星球也同样影响着生命体的轨迹。我认为人类承认我们存在的奇迹,并意识到我们的地球是一个多么神奇的星球,这一点非常重要。”

地球上的生命历程被认为是从38亿年前个细菌进化开始的。大约27亿年前,海洋中产生了次可以制造氧气的光合作用。但是个多细胞生物——比如海绵和水母,直至6亿年前才在海洋中出现。株陆生植物生长在4.7亿年前,而大约4.28亿年前出现了批陆生动物,如多足虫类。哺乳动物在650万年前恐龙灭绝后,才首次上升到生态显著地位。人类的次出现在地球上则是20万年前。

文章来源:

资料由埃克塞特大学提供。注:文章篇幅和风格或有所改动。

杂志参考文献:

uart J. Daines, Benjamin J. W. Mills, Timothy M. Lenton. Atmospheric oxygen regulation at low Proterozoic levels by incomplete oxidative weathering of sedimentary organic carbon. Nature Communications, 2017; 8: 14379 DOI: 10.1038/NCOMMS14379

翻译:李光昭

审稿:季韬

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