地球科學(xué)家對8億年前的生命進(jìn)化有了新的認識

雖然遠古時(shí)代的海洋已經(jīng)消失了，但其中發(fā)生的事件卻被記錄在巖石中。通過(guò)研究這些巖石，我們可以將地球的過(guò)去與現在和未來(lái)聯(lián)系起來(lái)，對我們星球的歷史有了更深的了解。硝酸鹽會(huì )不會(huì )是藻類(lèi)、花朵，甚至是你的鄰居的原因？一組來(lái)自弗吉尼亞理工大學(xué)的地球科學(xué)家發(fā)現了一些證據，表明答案可能是肯定的。

最近發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上，該小組的研究結果顯示，在海洋真核生物--具有明確細胞核的生物獲得主導地位的時(shí)期，生物可利用的氮氣有所增加。復雜的真核細胞進(jìn)化為多細胞生物，標志著(zhù)地球上生命歷史的一個(gè)重要轉折點(diǎn)，帶來(lái)了動(dòng)物、植物和真菌的出現。

沉積地球化學(xué)副教授、該論文的共同作者Ben Gill說(shuō)："我們今天所處的位置，以及地球上的生命，是過(guò)去發(fā)生的所有事件的總和。而這是一個(gè)關(guān)鍵事件，我們從以原核生物為主的生態(tài)系統--比我們身體里的細胞簡(jiǎn)單得多的細胞--轉變?yōu)檎婧松?。如果這沒(méi)有發(fā)生，我們就不會(huì )有今天。"

以前的研究集中在磷在真核生物崛起中的作用，但是地球科學(xué)系的博士生和論文的主要作者康俊堯對氮在這一事件中扮演的角色感到好奇。

"這個(gè)數據是獨一無(wú)二的，因為新近紀早期的時(shí)間段，或者說(shuō)10億年到8億年前的氮同位素數據幾乎是不存在的，"Kang說(shuō)。

與中國南京的南京大學(xué)合作，Kang花了兩年時(shí)間，通過(guò)對華北克拉通的巖石樣本進(jìn)行氮同位素分析，來(lái)了解是什么推動(dòng)了真核生物的崛起。該地區的巖石可以追溯到38億年前，曾經(jīng)被海洋覆蓋。

"我們對真核生物何時(shí)在生態(tài)上獲得成功有一些粗略的想法，"地質(zhì)生物學(xué)教授和論文合著(zhù)者肖樹(shù)海說(shuō)。"它們在那里以低調的狀態(tài)存在了很長(cháng)時(shí)間，直到大約8.2億年前，它們才變得豐富起來(lái)。"

Kang從巖石樣本中提取數據，將其輸入一個(gè)更大的數據庫，并在跨越不同地理位置的較長(cháng)時(shí)間范圍內進(jìn)行分析，結果觀(guān)察到了硝酸鹽隨著(zhù)時(shí)間上的上升，這發(fā)生在8億年前。

一個(gè)合作的國際方法是將這些新數據與生物事件聯(lián)系起來(lái)的關(guān)鍵，最明顯的是真核生物的崛起。

Gill和Rachel Reid，也是理學(xué)院的地球化學(xué)家和論文的共同作者，通過(guò)資源提供關(guān)鍵的分析，包括弗吉尼亞理工大學(xué)地球科學(xué)穩定同位素實(shí)驗室的質(zhì)譜儀。一個(gè)與質(zhì)譜儀相連的元素分析儀使研究人員能夠從樣品中提取純氮氣進(jìn)行分析。他擅長(cháng)重建我們星球上現在和過(guò)去的化學(xué)循環(huán)。他與古生物學(xué)家合作，研究保存在地質(zhì)記錄中的生命記錄，并研究哪些潛在的環(huán)境驅動(dòng)因素可能使整個(gè)歷史上的生命發(fā)生變化。里德通常將她的研究集中在地球更近期的事件上，她有一個(gè)特殊的機會(huì )為這些古代化石提供她的氮同位素專(zhuān)業(yè)知識。

南京大學(xué)的地球化學(xué)家張飛是該論文的第四位合著(zhù)者。張提供了關(guān)于在硝酸鹽含量增加的時(shí)期海洋中可獲得多少氧氣的見(jiàn)解。

弗吉尼亞理工大學(xué)的所有作者都是弗拉林生命科學(xué)研究所全球變化中心的附屬成員，其中Kang是全球變化界面研究生項目的博士研究員。該中心匯集了來(lái)自不同學(xué)科的專(zhuān)家，以解決這些復雜的全球挑戰，并培養下一代的領(lǐng)導者。

曾幫助挖掘和研究世界各地一些最古老化石的肖說(shuō)，這種類(lèi)型的研究讓他對未來(lái)的發(fā)現充滿(mǎn)希望。團隊成員期待著(zhù)與美國宇航局在未來(lái)的資助上進(jìn)行合作，比如支持他們目前研究的外生物計劃。

他還歸功于弗吉尼亞理工大學(xué)的大學(xué)圖書(shū)館對開(kāi)放性出版物的支持，如《科學(xué)進(jìn)展》，以提供經(jīng)過(guò)審查的研究選題，免費提供給讀者。

肖說(shuō)："我們可以從古代的氮同位素組成中把這些點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，然后進(jìn)入下一步，推斷出有多少硝酸鹽可供生物體使用。然后我們將其與化石數據聯(lián)系起來(lái)，以顯示出其中的關(guān)系。"

雖然古代海洋早已消失，但古代海洋中發(fā)生的事情被記錄在巖石中，研究這些巖石提供了一個(gè)從我們地球的歷史到現在和未來(lái)的聯(lián)系。

"地質(zhì)學(xué)家看巖石的原因就像股票交易員在決定賣(mài)出或買(mǎi)入股票時(shí)看道瓊斯曲線(xiàn)一樣。寫(xiě)在巖石上的地質(zhì)歷史為我們提供了關(guān)于未來(lái)全球變化的重要背景，"肖說(shuō)。

標簽： 地球科學(xué) 生物進(jìn)化 生命進(jìn)化歷程