北京
地球大气里的氧气，并不是一开始就有的。大约23亿年前，地球经历了一次被称为"大氧化事件"的转折，氧气开始在大气中积累。但这里留下了一个让科学家头疼很久的问题：氧气上来之后，是怎么在数百万年里一直维持住、让地球保持宜居的？
加州大学河滨分校的地质学家安德烈·贝克（Andrey Bekker）参与的一项研究，把目光投向了南非的古老岩石。研究发表在《自然通讯》上，结论指向一个藏在远古海洋里的磷循环系统——它可能让氧气水平自己"托住"了自己。
先搞清楚：磷为什么这么关键
磷是生命必需的元素。用贝克的话说："生物离开磷就没法正常生长或运作。"
但磷在海洋里的状态很微妙。它可能溶解在水里，被生物取用；也可能被锁进矿物结构里，生物根本碰不到。过去的研究能测出古老岩石里磷的总量，却分不清这些磷到底有多少是"活的"、多少是"锁死的"。
总量高，不等于生物能用得上。这是理解整套机制的前提。
一个自我强化的循环，是怎么转起来的
研究团队提出的机制大致是这样一条链条：
- 氧气扩散进海洋，改变了海水的化学性质，让硫酸盐（含硫和氧的化合物）浓度上升。
- 某些微生物利用这些硫酸盐，更高效地分解有机物质。
- 在这个分解过程中，磷被释放回水中，重新变成其他生物可用的营养。
- 磷变多了，生物生产力就上去了，意味着更多有机碳会被埋进海底沉积物，而不是被分解掉。
- 有机质分解会消耗氧气，所以埋掉的碳越多，越有利于大气中的氧气继续积累。
于是形成一个正反馈：氧气升高→海水化学变化→生物生长被支持→大气氧气被维持。贝克描述这个过程时说，更多磷变得可用之后，更多有机碳被埋藏，"这个过程的副作用就是，更多氧气继续被释放到大气中"。
他们是怎么把"能用的磷"挑出来的
为了验证这套机制，研究人员对南非的古老岩石样本做了一种更细的处理。他们没有只测磷的总量，而是按磷所在的矿物类型把它分开——办法是把不同的矿物成分逐一溶解，从而区分出曾经可供生物利用的磷，和被封在矿物结构里的磷。
贝克说："我们现在可以把生物可用的磷，和基本被锁住的磷分开。这让我们对远古海洋的营养水平有了比以前清晰得多的图景。"
这个区分之所以重要，是因为海洋里磷的总量，并不等于能支撑生命的量。新方法提供了一条更清楚的路，去重建古代的营养循环，并理解它们如何影响大气氧气。
氧气历史可能比想象中更动荡
这项研究还指向一个更复杂的图景：大氧化事件之后，氧气水平可能并不是相对平稳地维持着，而是经历了幅度大得多的上升和下降。这些波动很可能在数千万年的时间里持续影响海洋化学，以及必需营养在海洋环境中的迁移。
这也会影响科学家对早期生命演化的解读。有一个长期存在的问题是：氧气第一次成为大气重要成分之后，复杂生物为什么过了那么久才出现？氧气不足，一直被认为是可能的解释之一。
但如果在地球早期历史的很长一段时间里，氧气其实相对充足，那就意味着——拖慢复杂生命出现的，可能是别的环境条件，或者生物自身的限制。
和今天的海洋有什么关系
这项研究聚焦的是几十亿年前的事，但它的意涵延伸到了我们今天依赖的海洋。
气候变化已经在导致世界部分海域的氧气水平下降。如果氧气流失持续下去，可能会扰乱磷的循环，减少可供生物利用的磷的量。
换句话说，23亿年前那套帮地球"托住"氧气的循环，今天正面临被反向扰动的可能。当年是氧气上升带动化学变化、释放磷、维持氧气；如今氧气下降会怎样影响这条链条，是这项研究留下的、值得继续追问的问题。
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