新理論解開地球“大氧化”謎團

2022年03月17日16:20

參考消息網3月17日報導據“趣味工程”網站3月15日報導,美國麻省理工學院的研究人員提出了一種新理論來解釋地球大氣中的氧氣濃度是如何積聚起來的。

在最早的人類誕生前的幾十億年里,地球大氣層還缺少我們生存所需的氧氣。一些微生物會利用光合作用產生一些氧氣,然而,所產生的數量並不足以支撐許多生命形式。不過,在大約23億年前,大氣中的氧氣水平開始升高,但原因尚不清楚。

在地球的早期歷史上,氧氣的生產者和消費者以一種讓大氣中幾乎沒有氧氣殘留的方式維持著平衡。然而,在古元古代和新元古代發生了兩次事件,使地球上的氧氣濃度從低水平上升到今天的高水平。

麻省理工學院地球、大氣和行星科學系的地質生物學副教授格雷戈里·福尼爾和他的同事認為,氧氣水平的這種躍升並不是漸進式變化的結果,而是有一個正反饋循環在海洋中被激活。

福尼爾和他的團隊說,在通常情況下,有機碳的分解會消耗氧氣(也被稱為氧化),而在一些時期,有機碳的消費者很可能無法獲取有機碳,從而導致氧氣的積聚。由於生命存在於海洋中,研究人員研究了海洋沉積物中的海洋微生物和礦物質,以確定這種情況是否可能出現。

他們猜測,如果這些環境中的微生物能夠部分氧化有機物,部分氧化的有機物將與礦物質結合,從而防止它們進一步氧化。在這一過程中未使用的氧氣最終會進入大氣。

為了證實自己的假設,研究人員查閱了科學文獻,以確定能夠產生部分氧化有機物的微生物,他們找到了一個名為SAR202的細菌群,該細菌群能利用一種名為單加氧酶的酶來實現這一點。

研究人員追溯了這種酶的基因起源,結果發現這種細菌的祖先的確在大氧化事件出現之前就存在了。有趣的是,這種基因是在古元古代和新元古代(也就是氧濃度激增的兩個時期)時期被多種細菌獲得的。

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