地球氧氣出現(xiàn)比想象的早:產(chǎn)氧細(xì)菌32億年前就出現(xiàn)

如果你希望乘坐時光機(jī)回到40億年前，你會發(fā)現(xiàn)自己在一個炎熱、荒蕪得連一個氧分子都沒有無法呼吸的行星上。地球曾經(jīng)是一個令人窒息的鬼地方，但是在很久很久以前，微小的綠色細(xì)菌就使空氣中了充滿氧氣。最近的研究發(fā)現(xiàn)，它們存在的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們的想象。

在一項即將發(fā)表在《地球和行星科學(xué)快報》的研究中，一組地球化學(xué)家報告說發(fā)現(xiàn)大約在32億年前，沉積在淺海富含鐵的巖石層中有鐵銹——這說明有氧氣存在的跡象。通過化學(xué)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)這古老鐵銹的形成來自于生物的作用。這說明地球上第一個產(chǎn)氧細(xì)菌的出現(xiàn)比我們想象的要早2億年。

植物的作用是維持我們可以呼吸的大氣，但是藍(lán)藻在幾十億年前就啟動了相同的功效，這些微小的綠色細(xì)菌開發(fā)出光合作用1.0。它們利用光能來分解水和產(chǎn)生糖，動物們真是撿了大便宜，因為光合作用產(chǎn)生的氧氣對這些綠色細(xì)菌并沒有什么卵用。

大約在23億年前，氰基像瘋了一樣，開始往空氣中灌注氧氣。富氧的空氣變得利于復(fù)雜的多細(xì)胞生物生存，而厭氧菌卻難以存活。地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為這個“氧氣大革命”事件是地球生命歷史的一個重大轉(zhuǎn)折點。

藍(lán)藻 圖片來源Doc。 RNDr。 Josef Reischig， CSc。 / Wikimedia

但是第一個氰基是怎么產(chǎn)生和什么時候產(chǎn)生的仍是個迷，要研究來自很久很久以前的微小的有機(jī)體是很棘手的事情。因為很多信息被板塊構(gòu)造運(yùn)動清除掉了。

然而，地質(zhì)學(xué)家們都是固執(zhí)的人，他們一直在系統(tǒng)地采集古巖層信息來拼湊出地球朦朧的過去。

在最新的研究中，來自威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的地球化學(xué)家Aaron Satkoski和他的同事將目光轉(zhuǎn)向一塊位于南非約翰內(nèi)斯堡以東的32億歲的、粉色和紅色條紋的巖石。由于埋藏在遠(yuǎn)古海洋中，這些沉積巖的顏色來自于鐵在氧氣中的逐步氧化。通過巖石中鐵銹的兩種鐵同位素的比值——鐵56和鐵54，這個團(tuán)隊確定了這塊淺海的巖石是在含氧量低于0.1%環(huán)境中形成的。這聽起來沒什么了不起的，但是請注意，大多數(shù)這一時期的巖石并未顯示出有氧氣存在，進(jìn)一步證明氧氣存在的是少數(shù)鈾原子，當(dāng)與氧氣反應(yīng)，它們的結(jié)晶結(jié)構(gòu)會打破。

這塊條帶狀鐵成巖就是氧氣在32億年前就存在的證據(jù)（圖片來源：Satkoski/威斯康星大學(xué)麥迪遜分校）

當(dāng)然該研究只確定了氧氣存在的一個時間點，但“當(dāng)時藍(lán)藻是不是出現(xiàn)在全球各地”的問題仍然沒有結(jié)論。如果這是確定的，那么“氧氣大革命”為什么在之后的10億年才發(fā)生仍然存疑。

話說回來，地球早期的確不適合生存——遭受強(qiáng)烈的紫外輻射和小行星攻擊等等?？赡茉缙谒{(lán)藻的生長十分受限，只能在少數(shù)既有充足陽光又有保護(hù)條件的淺海苦苦支撐。如果這是意外，說明第一個地球塑形師有著超出我們想象的能力，我們還要深入研究這顆星球。