遠古火山活動可能促進海洋生物進化
更新時間：2025/3/11 10:41:56 來源：新華社
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一個國際團隊通過研究遠古微生物化石——疊層石發(fā)現，大約27.5億年前，活躍的火山活動和海底地熱活動將大量的銨帶到海洋表層，再通過一些化學作用過程，為微生物提供充足的氮元素。這可能促進了海洋生物進化，推動地球發(fā)生“大氧化事件”。
疊層石是地球上最古老的化石之一，由藍細菌等微生物沉積形成，記錄了早期生命活動。由英國、德國和南非等多國研究人員組成的團隊報告說，他們分析了津巴布韋南部出土的疊層石，通過其中的氮-15同位素含量追溯早期的氮循環(huán)，得出了以上結論。論文發(fā)表在英國《自然-通訊》雜志上。
氮是地球大氣中含量最多的元素，動植物體中的蛋白質都含有氮，而最重要的含氮礦物是硝酸鹽。氮有兩種天然同位素：氮-14和氮-15，其中氮-14的豐度超過99%。
生物在兩種同位素中偏好氮-14。陸地微生物吸收大氣中的氮，因此陸地有機物中氮-14更多，氮-15偏少；海洋微生物在無氧條件下通過反硝化作用，將硝酸鹽/亞硝酸鹽轉化成一氧化氮和氮氣釋放到大氣中，更多的氮-14在此過程中進入大氣，留下的有機物中氮-15含量相對較高。此前人們發(fā)現，形成于28億年前至26億年前的地質沉積物中，氮-15含量異常高，這可能就是微生物繁榮導致的。
新研究顯示，這批疊層石形成于27.5億年前至27.3億年前，其中的氮-15含量顯著高于標準值，與當時的全球狀況一致；而同期的深海頁巖中氮-15的含量比標準值要低。在這一時期，地球表面絕大部分是海洋，地幔翻轉造成了劇烈的火山活動和海底熱液活動。
研究人員認為，這些地質活動使富含銨的深海海水上升到表層，同時帶來更多銅、鉬、鋅等對生物有用的元素，為淺海微生物的繁榮創(chuàng)造有利條件。微生物光合作用為隨后發(fā)生的“大氧化事件”即大氣中的游離氧含量突然增加打下基礎，并可能促進了海洋生物進化及生物多樣性發(fā)展。
早期大氣中不含游離氧，微生物光合作用產生的氧氣迅速被還原性物質破壞、消耗。大約在26億年前，大氣氧含量突然增加，永久改變了地球環(huán)境和生物圈，而海洋微生物繁榮則被認為是增加氧氣供給的一個重要原因。
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一個國際團隊通過研究遠古微生物化石——疊層石發(fā)現，大約27.5億年前，活躍的火山活動和海底地熱活動將大量的銨帶到海洋表層，再通過一些化學作用過程，為微生物提供充足的氮元素。這可能促進了海洋生物進化，推動地球發(fā)生“大氧化事件”。
疊層石是地球上最古老的化石之一，由藍細菌等微生物沉積形成，記錄了早期生命活動。由英國、德國和南非等多國研究人員組成的團隊報告說，他們分析了津巴布韋南部出土的疊層石，通過其中的氮-15同位素含量追溯早期的氮循環(huán)，得出了以上結論。論文發(fā)表在英國《自然-通訊》雜志上。
氮是地球大氣中含量最多的元素，動植物體中的蛋白質都含有氮，而最重要的含氮礦物是硝酸鹽。氮有兩種天然同位素：氮-14和氮-15，其中氮-14的豐度超過99%。
生物在兩種同位素中偏好氮-14。陸地微生物吸收大氣中的氮，因此陸地有機物中氮-14更多，氮-15偏少；海洋微生物在無氧條件下通過反硝化作用，將硝酸鹽/亞硝酸鹽轉化成一氧化氮和氮氣釋放到大氣中，更多的氮-14在此過程中進入大氣，留下的有機物中氮-15含量相對較高。此前人們發(fā)現，形成于28億年前至26億年前的地質沉積物中，氮-15含量異常高，這可能就是微生物繁榮導致的。
新研究顯示，這批疊層石形成于27.5億年前至27.3億年前，其中的氮-15含量顯著高于標準值，與當時的全球狀況一致；而同期的深海頁巖中氮-15的含量比標準值要低。在這一時期，地球表面絕大部分是海洋，地幔翻轉造成了劇烈的火山活動和海底熱液活動。
研究人員認為，這些地質活動使富含銨的深海海水上升到表層，同時帶來更多銅、鉬、鋅等對生物有用的元素，為淺海微生物的繁榮創(chuàng)造有利條件。微生物光合作用為隨后發(fā)生的“大氧化事件”即大氣中的游離氧含量突然增加打下基礎，并可能促進了海洋生物進化及生物多樣性發(fā)展。
早期大氣中不含游離氧，微生物光合作用產生的氧氣迅速被還原性物質破壞、消耗。大約在26億年前，大氣氧含量突然增加，永久改變了地球環(huán)境和生物圈，而海洋微生物繁榮則被認為是增加氧氣供給的一個重要原因。
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