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地球“生命大爆发”或始于氧气大爆发

地球生命或始于25亿年前氧气大爆发
一项研究指出,地球上的生命也许开始于25亿年前一种微型池塘植物的氧气大爆发。

 

地球“生命大爆发”或始于氧气大爆发   一项研究指出,地球上的生命也许开始于25亿年前一种微型池塘植物的氧气大爆发。在此之后的1亿年间,在生存在浅海中的蓝藻释放出的微弱氧气流中,地球上逐渐形成了含氧量丰富的大气。地球“生命大爆发”或始于氧气大爆发    科学家将这一过程称为“大氧化事件”。当时,地球上正好发生了板块重组,产生了大量浅海,正适合能进行光合作用的生物生存。地球“生命大爆发”或始于氧气大爆发    在这项发表在期刊Science Advances上的研究中,科学家们公布的最新化学数据显示,由蓝藻产生的氧气爆发曾使地球上的大气浓度出现了暂时性的增加。

一项研究指出,地球上的生命也许开始于25亿年前一种微型池塘植物的氧气大爆发。

  在此之后的1亿年间,在生存在浅海中的蓝藻释放出的微弱氧气流中,地球上逐渐形成了含氧量丰富的大气。

  科学家将这一过程称为“大氧化事件”。当时,地球上正好发生了板块重组,产生了大量浅海,正适合能进行光合作用的生物生存。

  这是地球的历史上的一个重要时刻,因为充足的氧气为臭氧层的形成创造了条件,而臭氧则能将来自太阳的有害紫外线过滤除去,使得许多新型生物得以出现。

  加拿大滑铁卢大学的布莱恩?坎德尔教授(Brian Kendall)表示:“地球表面氧气的出现很可能是一个复杂的过程,先是出现了少许氧气,然后氧气的数量达到了某个临界点。”

  “直到现在,我们都无法确定,25亿年前的氧气浓度是否处在一个稳定的水平。”

  “而我们获得的最新数据则能针对这一问题给出一个更加确凿的答案。”

在这项发表在期刊Science Advances上的研究中,科学家们公布的最新化学数据显示,由蓝藻产生的氧气爆发曾使地球上的大气浓度出现了暂时性的增加。

  做出该发现的专家分别来自阿尔伯塔大学,滑铁卢大学,亚利桑那州立大学,加州大学河滨分校和佐治亚理工学院。

  该研究支持了由亚利桑那州立大学的艾利尔?安巴尔教授(Ariel Anbar)于2007年提出的一项理论。当时,他手下的研究人员在现在澳大利亚西部的一处古代海洋海床上的黑色页岩中,发现了这些微弱的氧气流留下的原始证据。

  这些黑色页岩中含有浓度很高的钼和铼,而这两种元素的形成时间比大氧化事件要早得多。钼和铼常出现于陆地上的硫化物中,对氧原子极其敏感。一旦这些硫化物接触到氧气,钼和铼就会被释放到河水中,并最终沉积在海床上。

  在最新的这项研究中,坎德尔教授的团队对同样的岩石进行了分析,寻找另一种名为锇的元素(同样存在于陆地上的硫化物中),发现与之相符的是更强的大陆风化作用,而这是大气中出现了氧气的结果。

  “我们在按照时间顺序追踪大气的变化情况,希望能弄清氧气含量是如何增长到能够支撑复杂生命存活的水平的。”阿尔伯塔大学的地球与大气科学家罗布?克里瑟教授(Rob Creaser)。

  “地球刚开始形成的时候,大气中没有氧气。我们使用了阿尔伯塔大学的分析设备,对这些岩石样本进行了精密的分析,从而获取了氧气通过光合作用集聚起来的速度。”

  阿克巴尔教授(Professor Akbar)还补充道:“地球是如何形成含氧大气的?出现这一现象的原因又是什么?这是地球历史上最深刻难解的谜题之一。”

  大氧化事件

  在地球刚刚形成后的数亿年时间里,大气中都没有氧气。

  而多亏光合细菌,今天我们的大气中,20%都是氧气。这些细菌能够像树木和其它植物一样,消耗二氧化碳,释放出氧气。它们为地球上需要氧气才能生存的生物的出现和繁衍打下了基础。

  科学家将地球大气中首次出现氧气的事件称为大氧化事件。它发生在距今约24亿年前,但近期在南非发现的一些证据显示,在此之前,即29.6亿年前,地球上也出现过短暂的氧气集聚事件,还一度出现过浅浅的海洋

28亿年前“太古代大爆发”让生命诞生

 地球生命的起源一直是困扰科学家的难题,然而日前美国麻省理工学院科学家研究发现,大约在30亿年前随着早期动物开始学会如何利用来自太阳的能量,地球上的生命突然进入一个爆发期。  约25亿年前氧气开始积聚

  据国外媒体报道,专家们对远古基因进行了深入研究,并绘制出一幅地球最早期动物的图景。他们认为,当微生物开始学会利用氧气和来自太阳的能量生活时,最早期的生命开始进化和发展。美国麻省理工学院研究人员分析了1000个如今仍然存在的关键基因,并掌握了它们是如何从远古时期进化过来的。

专家们还研制了一种“基因化石”,这种“基因化石”不仅仅可以告诉人们基因是如何形成的,也可以让人们知道远古微生物是如何支配这些基因的。他们的计算结果显示,所有的现存基因,大约有27%形成于33亿年前到28亿年前之间。在大约5.8亿年前,地球上的生命开始进入了一个快速变化时期,即寒武纪生命大爆发时期,当时生命形态复杂多样。

  化石帮助古生物学家制定出生命进化的编年史,但是如果想绘制出寒武纪之前的30亿年间的生命图景则相当困难,因为那个时期的软体动物很少会留下化石印迹。不过,那些早期生命形态仍然留下了一种细微的化石:DNA。

  因为所有的生物体都从父辈那里遗传基因组,因此麻省理工学院的计算生物学家推理认为,他们可以利用现代基因组推想古代微生物的进化过程。他们将不断增长的基因组库中的信息与一种数学模型结合起来。这种数学模型考虑到了数百万年间各种基因遗传、交换和丢失的因素。

  专家埃里克·阿尔姆和劳伦斯·戴维将这一时期称为“太古代大爆发”。由于他们识别的许多新基因都与氧气有关,因此阿尔姆和戴维首先考虑到,氧气的出现可能也是造成“太古代大爆发”的原因之一。科学家认为,直到大约25亿年前,氧气才开始在地球大气层中出现并不断积聚,并可能在“大氧化事件”中杀死了大量的厌氧生命。阿尔姆表示,“‘大氧化事件’可能是细胞生命史上最严重的灾难事件,不过我们还没有发现任何的生物学记录。 ”

  氧气基因28亿年前出现

  然而,进一步深入研究发现,利用氧气的基因直到28亿年前的“太古代大爆发”末期才出现。这一发现与地球化学家关于“大氧化事件”的设想更为一致。阿尔姆和戴维相信,他们已经发现了现代电子转移的最初来源。电子转移是一个生物化学过程,它负责在细胞膜内运送电子。电子转移被动物用来呼吸氧气,植物和某些微生物在光合作用时也需要这一过程,光合作用直接收获太阳的能量。一种被称为“生氧光合作用”的光合作用被认为是与“大氧化事件”的氧气产生有关,也与我们今天呼吸的氧气有关。

  专家认为“太古代大爆发”期间的电子转移应该经历了进化生命历史的数个重要阶段,如呼吸作用、光和作用等,两个阶段都引发了生物圈收获和存储了大量的能量。戴维表示,“虽然研究结果并没有完全说明电子转移的进化是否直接导致‘太古代大爆发’。但是,我们可以推测到,生物圏一定是得到了更多的能量,才可以支持更大、更复杂的微生物生态系统。 ”

最新研究发现30亿年前地球生命曾进入爆发期

地球“生命大爆发”或始于氧气大爆发
大约在30亿年前随着早期生命开始学会如何利用来自太阳的能量,地球上的生命突然进入一个爆发期。地球“生命大爆发”或始于氧气大爆发    本图显示了生命之树截面上古代基因组中基因家族的进化。其中,小圆形分格的大小表示体系中进化事件的数量,薄片代表事件类型,如红色代表基因形成,蓝色代表基因复制,绿色代表基因横向转移,黄色代表基因丢失。

 据国外媒体报道,美国麻省理工学院科学家近日研究发现,大约在30亿年前随着早期动物开始学会如何利用来自太阳的能量,地球上的生命突然进入一个爆发期。

  科学家们对远古基因进行了深入研究,并绘制出一幅地球最早期动物的图景。他们认为,当微生物开始学会利用氧气和来自太阳的能量生活时,最早期的生命开始进化和发展。美国麻省理工学院研究人员研究了1000个如今仍然存在的关键基因,并掌握了它们是如何从远古时期进化过来的。

  科学家们研制了一种“基因化石”,这种“基因化石”不仅仅可以告诉人们基因是如何形成的,也可以让人们知道远古微生物是如何支配这些基因的。他们的计算结果显示,所有的现存基因,大约有27%形成于33亿年前到28亿年前之间。在大约5.8亿年前,地球上的生命开始进入了一个快速变化时期,即寒武纪生命大爆发时期,当时生命形态复杂多样。

  化石可以帮助古生物学家制定出生命进化的编年史,但是如果想绘制出寒武纪之前的30亿年间的生命图景则相当困难,因为那个时期的软体动物很少会留下化石印迹。不过,那些早期生命形态仍然留下了一种细微的化石:DNA。

  由于所有活着的生物体都从父辈那里遗传基因组,因此麻省理工学院的计算生物学家推理认为,他们可以利用现代基因组推想古代微生物的进化过程。他们将不断增长的基因组库中的信息与一种数学模型结合起来。这种数学模型考虑到了数百万年间各种基因遗传、交换和丢失的因素。

  科学家埃里克-阿尔姆和劳伦斯-戴维将这一时期称为“太古代大爆发”。由于他们识别的许多新基因都与氧气有关,因此阿尔姆和戴维首先考虑到,氧气的出现可能也是造成“太古代大爆发”的原因之一。科学家认为,直到大约25亿年前,氧气才开始在地球大气层中出现并不断积聚,并可能在“大氧化事件”中杀死了大量的厌氧生命。阿尔姆表示,“‘大氧化事件’可能是细胞生命史上最严重的灾难事件,不过我们还没有发现任何的生物学记录。”

然而,进一步深入研究发现,利用氧气的基因直到28亿年前的“太古代大爆发”末期才出现。这一发现与地球化学家关于“大氧化事件”的设想更为一致。阿尔姆和戴维相信,他们已经发现了现代电子转移的最初来源。电子转移是一个生物化学过程,它负责在细胞膜内运送电子。电子转移被动物用来呼吸氧气,植物和某些微生物在光合作用时也需要这一过程,光合作用直接收获太阳的能量。一种被称为“生氧光合作用”的光合作用被认为是与“大氧化事件”的氧气产生有关,也与我们今天呼吸的氧气有关。

  “太古代大爆发”期间的电子转移进化应该经历了生命历史的数个关键阶段,如光合作用、呼吸作用等,两个阶段都导致生物圈收获和存储了大量的能量。戴维表示,“我们的研究结果并没有说明电子转移的进化是否直接导致‘太古代大爆发’。但是,我们可以推测到,生物圏得到了更多的能量,因此可以支持更大、更复杂的微生物生态系统。”

科学家找到地球“生命大爆发”的原因

地球“生命大爆发”或始于氧气大爆发

  腾讯科学讯 一项新研究显示,地球从“大氧化事件”到“生命大爆发”期间,大气氧浓度不到现代数值的0.1%,不足以支持动物出现,出现了所谓“沉闷的十几亿年”。在大约6亿年前到5亿年前,大气氧气浓度突然升高,几乎所有动物都在这一时期出现,王相力说,过去科学界通常认为,地球大气氧浓度演化分为4个阶段:第一阶段是从约46亿年前地球形成到24亿年前,大气主要为无氧状态;第二阶段是24亿年前开始的“大氧化事件”时期,可能持续了2至3亿年,大气氧浓度激增至现代数值的1%;第三阶段是“大氧化”停歇到“生命大爆发”期间(约21亿年前到6亿年前),大气氧浓度维持在现代数值1%的状态;第四阶段是指“生命大爆发”至今,大气氧浓度上升至现代数值并维持至今。

  参与研究的耶鲁大学博士后王相力表示,他们分析了采集自中国、美国、加拿大和澳大利亚浅海沉积的富铁沉积物和页岩,这些岩石的年代从30亿年前持续到现在。在氧浓度较高的情况下,地球岩石中的部分铬同位素易被氧化并溶于水,流进海洋,造成岩石中的这部分铬同位素含量降低。因此研究不同历史时期的岩石铬同位素水平可反映相关年代的大气氧浓度。

  延伸阅读:

  “大氧化事件”是指约26亿年前,大气中的游离氧含量突然增加的事件。这一事件的具体原因尚不得知,目前只有若干种假说能加以解释。有说法认为,是由于海藻类植物进行光合作用,使得地球上的氧气迅速增加,而破坏氧气的甲烷细菌所依赖的镍的数量急剧减少,使得大气中的含氧量大量增加,所以称为“大气氧化事件”。大氧化事件使得地球上矿物的成分发生了变化,也使得日后动物的出现成为了可能。

 

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