引起大氣中氧含量增加的“大氧化事件”是地球大氣層發(fā)生的最重大的一次改變，它使我們現(xiàn)在能夠呼吸到賦予生命的氧氣?，F(xiàn)在加拿大科學(xué)家揭開了早期大氣里的氧氣為什么會(huì)突然增多之謎。
如果沒有氧氣，地球上就不會(huì)有我們現(xiàn)在已知的生命存在。它所提供的超級(jí)動(dòng)力空氣，促使地球上的生物多樣性迅速增加，使大到恐龍和小到最小的蝦等體積各異的動(dòng)物出現(xiàn)。空氣中大約21%都是氧氣。氧氣是活有機(jī)體通過有氧呼吸，把食物轉(zhuǎn)變成能量的最佳方式。然而，大氣并非一直都含有豐富的氧氣，而且好多代科學(xué)家一直都無法解釋氧氣產(chǎn)生的原因。
最近加拿大埃德蒙頓阿爾伯塔大學(xué)的庫爾特·康豪瑟爾領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科研組通過研究，指出在27億年前地球上出現(xiàn)單細(xì)胞生物的時(shí)候，早期大氣里的氧氣為什么會(huì)突然增多。他們認(rèn)為那時(shí)“大氧化事件”已經(jīng)開始，破壞氧氣的微生物統(tǒng)統(tǒng)死光，這為產(chǎn)生氧氣的微生物生存提供更大優(yōu)勢(shì)。被稱作鎳的一種微量金屬數(shù)量下降，導(dǎo)致“大氧化事件”發(fā)生，這促使地球上的氧氣迅速增多，生命慢慢形成。
鎳在大氣氧氣積聚過程中所起的重要作用是個(gè)新發(fā)現(xiàn)。如果康豪瑟爾教授和他的同事的結(jié)論是正確的，那么這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)不僅能解釋生命出現(xiàn)爆發(fā)式進(jìn)化的原因，而且還能解釋為什么地球是圓的，因?yàn)檠鯕獾母g作用對(duì)侵蝕巖石，形成河流和雕刻海岸線至關(guān)重要。華盛頓卡內(nèi)基研究所的多米尼克·帕皮諾說：“‘大氧化事件’徹底改變了地表環(huán)境，最終使高級(jí)生命誕生。這是地球生命進(jìn)化的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，我們正在了解這種事情是如何發(fā)生的。”
氧是一種活性很強(qiáng)的分子，如果不是一直有氧生成，它很快就會(huì)從地球上消失?，F(xiàn)在主要依靠植物進(jìn)行光合作用，氧氣才能在大氣中不斷積聚。光合作用把陽光轉(zhuǎn)變成化學(xué)能和氧氣。據(jù)悉，在25億年前出現(xiàn)“大氧化事件”時(shí)，第一種光合微生物“藍(lán)綠”藻或者稱藍(lán)細(xì)菌(Cyanobacteria)大約已經(jīng)進(jìn)化了3億年。但是它們生成的氧氣很快就被數(shù)量更多的產(chǎn)甲烷細(xì)菌生成的甲烷破壞掉了。產(chǎn)甲烷細(xì)菌不需要氧氣，它們可通過無氧呼吸繼續(xù)生存下去。
產(chǎn)生甲烷細(xì)菌現(xiàn)在仍生活在多水、缺氧的沼澤和濕地等環(huán)境中，鎳是確保它們繼續(xù)生存下去的重要元素。如果缺少鎳，對(duì)這些產(chǎn)甲烷細(xì)菌至關(guān)重要的酶就會(huì)遭到致命破壞。這些科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，通過分析水成巖，可以檢測(cè)到38億年前早期地球上的海洋里的鎳含量。他們發(fā)現(xiàn)，27億年前到25億年前，即“大氧化事件”開始的時(shí)候，鎳的數(shù)量出現(xiàn)急劇下降。帕皮諾說：“兩個(gè)時(shí)間段非常吻合。鎳的下降為‘大氧化事件’打好了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。通過我們對(duì)產(chǎn)甲烷生物的了解可知，鎳含量下降有效降低了甲烷生成。以前沒有人考慮過地球上的氧氣增多與鎳之間的聯(lián)系。但是我們的研究說明，這個(gè)聯(lián)系可能對(duì)地球環(huán)境和生命史產(chǎn)生了巨大影響。”
康豪瑟爾表示，這項(xiàng)發(fā)表在《自然》雜志上的研究支持了以下觀點(diǎn)：產(chǎn)甲烷細(xì)菌在數(shù)億年間，一直阻止氧氣在早期地球大氣里積聚?？茖W(xué)家認(rèn)為，這個(gè)時(shí)期地殼降溫導(dǎo)致鎳水平下降，地殼降溫意味著有更少鎳通過火山爆發(fā)的形式進(jìn)入海洋?？岛郎獱栒f：“我們對(duì)層狀鐵礦地層里的巖石所含的鎳進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在大約25億年前，這種物質(zhì)的量僅為以前的一半。不過我們要解決的問題是，鎳水平降低會(huì)讓產(chǎn)甲烷細(xì)菌出現(xiàn)什么反應(yīng)。我們認(rèn)為這些微生物都死光了。”雖然“大氧化事件”沒像現(xiàn)在這樣，使氧氣水平突然上升，但是它確實(shí)使地球大氣里的氧氣顯著增加，而且這種趨勢(shì)一直在持續(xù)，從沒被逆轉(zhuǎn)過。
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