北京
研究人员可能已经解开了一个23亿年前的谜团：地球的海洋如何帮助这颗星球保持富氧和宜居。
20多亿年前，随着氧气开始在地球大气中积累，地球经历了剧烈转变。但这一变化给科学家留下了一个重大谜团：地球如何在数百万年间维持足够的氧气以保持宜居？
研究人员如今发现了证据，表明答案可能在于地球海洋中一个古老的循环系统。通过研究来自南非的岩石，他们发现海洋化学变化帮助形成了一个自然循环，其中生物活动支持了大气氧的持续积累。
这项研究发表在《自然·通讯》上，参与研究的科学家包括加州大学河滨分校地质学家安德烈·贝克尔。他们的发现表明，磷——一种生命必需的营养物质——在维持氧气水平方面发挥了核心作用，而氧气最终帮助更复杂的生物体成为可能。
古代海洋如何帮助维持地球的氧气
大约23亿年前，地球经历了大氧化事件，这是一个重大转折点，氧气成为大气中持久存在的成分。几十年来，科学家一直了解这一转变，但解释此后氧气如何保持足够丰富要困难得多。
研究人员发现了一个反馈循环，可能有助于解释所发生的事情。随着氧气扩散到海洋中，它改变了海水的化学性质，并增加了硫酸盐的浓度。硫酸盐是一种含硫和氧的化合物。
某些微生物利用这种硫酸盐更有效地分解有机物质。在此过程中，它们将磷释放回水中，使这种至关重要的营养物质可供其他生物利用。
随着可用磷增多，生物生产力提高。这意味着更多有机碳最终可能被埋藏在海底沉积物中，而不是被分解。由于有机物的分解会消耗氧气，埋藏更多碳有助于大气中氧气的持续积累。
这形成了一个自我强化的循环：氧气水平上升促使化学变化，化学变化支持生物生长，而生物生长反过来帮助维持大气氧。
“没有磷，生物就无法正常生长或运作，”贝克尔说。“一旦海洋中有更多磷可用，就能让更多有机碳被埋藏。这一过程的一个副作用是，更多氧气继续被释放到大气中。”
古老岩石揭示隐藏的磷循环
为了研究这一过程，科学家使用一种能更详细展现史前海洋中磷可用性的技术，检测了来自南非的古老岩石样本。
较早的研究可以确定古老岩石中存在多少磷，但这些测量几乎无法说明生物是否真的能够利用它。有些磷会被困在矿物中，实际上使生物无法获取。
研究人员通过按所含矿物对磷进行分离，解决了这一局限。他们通过逐一溶解不同的矿物成分来实现这一点，从而能够区分曾可供生物活动利用的磷与锁在矿物结构中的磷。
这一区分至关重要，因为海洋中磷的总量并不一定表明有多少可用于维持生命。新方法提供了一种更清晰的方式来重建古代营养循环，并理解它们如何影响大气氧。
“我们现在可以将可供生物利用的磷与基本上被锁住的磷分离开来，”贝克尔说。“这让我们比以往更清楚地了解古代海洋中的营养水平。”
地球的氧气历史可能比预期更加动荡
这些发现还表明，地球大气的历史比科学家之前认识的更为复杂。
在大氧化事件之后，氧气水平可能并非保持相对稳定，而是经历了剧烈得多的升降。这些波动可能在数千万年间持续影响海洋化学以及必需营养物质在海洋环境中的迁移。
这些结果还可能改变科学家对早期生命演化的解释。
一个长期存在的问题是，为什么在氧气首次成为地球大气重要组成部分之后，复杂生物用了这么久才出现。氧气有限常被认为是这种延迟的可能解释。
然而，如果在地球早期历史的漫长时期中氧气保持相对丰富，这就提出了一种可能性：其他环境条件或生物限制在延缓复杂生命出现方面发挥了更大作用。
地球古代氧循环对未来的意义
尽管这项研究聚焦于数十亿年前的事件，但其意义延伸到了我们今天所依赖的海洋。
气候变化已经在导致世界部分海域的氧气水平下降。如果氧气流失持续，可能会破坏磷循环，并减少海洋生物可获得的这种必需营养物质的数量。
此类变化可能限制生物生产力，并使海洋生态系统对环境压力更缺乏韧性。
这些发现还可能帮助科学家寻找地球之外的生命迹象。拥有海洋的世界被认为是研究潜在宜居性的有希望之地，但仅有水并不能保证条件能够长期支持生命。
理解氧气、营养物质和生物过程在地球整个历史中如何相互作用，可以帮助研究人员在遥远行星和其他拥有海洋的世界上识别类似的化学关系。
“地球的历史表明，氧气、营养物质和生命是一起演化的，”贝克尔说。“理解这些联系，能让我们以更细致的视角看待自己星球的未来，以及我们可能在其他行星上寻找什么。”
如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
