蛋形铁氧化物小石揭开地球最早生命的神秘历史

一项最新研究挑战了古生代时期海洋有机碳储量巨大的传统观点，为地球生命起源和演化历史提供了全新线索。ETH苏黎世的研究团队推翻了长期以来的理论：即在10亿至5.41亿年前，海洋中大量溶解有机碳的储备曾引发大规模冰川期，并促成复杂生命的形成。基于一种创新的铁氧化物微粒分析技术，科学家首次直接测量了远古时期海洋中溶解有机碳的实际含量。

结果显示，与现今相比，古代海洋中的溶解有机碳含量低了90%至99%。这一发现意味着必须重新寻找地球环境变化与生命演化之间联系的根本解释。

科学家一直面临着追溯地球久远过去的挑战：许多重大事件发生得极早，鲜有直接证据留存。ETH教授Jordon Hemingway领导的团队现在找到了极为罕见的自然记录载体——蛋形铁氧化物小石（ooids），它们像“时光胶囊”一般，记录着海洋中过去有机碳的存量。

ooids起初貌似普通沙粒，但生成方式独特。它们像微型雪球，随着海浪滚动不断包裹新的层次，有机碳分子在这一过程中被锁进矿物结构。科研人员通过解析这些内封分子，把揭示海洋有机碳含量的时间线推进至16.5亿年前。研究结果刊登于《自然》杂志，显示在10亿至5.41亿年前，海洋有机碳远低于此前科学界的普遍估计，这颠覆了关于该时期地质和生物事件的核心解释，也为理解地球早期历史提供了新视角。

那么碳是如何进入海洋的？一方面，二氧化碳从空气溶解进海水，通过洋流被带往深处，长期储存。另一方面，光合作用生物如浮游植物及细菌用阳光和二氧化碳合成有机碳。它们死后缓慢沉降，如果不被生物消耗，碳就会被埋藏在海底，长达百万年。部分碳再通过微生物分解作用不断循环，形成自由漂浮的溶解有机碳库——这是现代海洋中比活体生物内碳还多200倍的“生命积木”储藏所。

长期以来，科研界根据沉积岩中的异常推断，在10亿至5.41亿年前，这一有机碳储量应异常庞大，并据此解释冰期与复杂生命的同步出现。地球氧气的两次大规模提升（“氧气灾变”）分别导致大气含氧量出现跃升，进而伴随极端冰期的发生。但新发现显示，正是在第二次氧气灾变后，海洋中的溶解有机碳才上升到今天的水平（约6600亿吨）。

ETH的最新研究方法通过ooids中的碳粒子，直接刻画当时的碳存量。“我们的数据与以往所有假设相悖，”Hemingway指出：“那段期间海洋中溶解有机碳比现在少得多，仅为1%至10%。”论文第一作者Nir Galili解释说，这一剧烈减少与当时生物体逐渐变大有关——单细胞和早期多细胞生物死亡后下沉速度加快，导致“海洋雪”沉降加强。但彼时深海极度缺氧，使得碳无法被再次循环，直接沉积海底。直到海洋深处积累出更多氧气，溶解有机碳库才回升至现代水平。

这项成果不仅改写了对早期地球演化的认知，也为人类未来研究地球乃至系外行星生命演化提供理论依据。同时提醒，当前人类活动导致的海洋升温与污染正在促使海洋含氧下降，不排除未来再次发生类似碳储量骤减与环境剧变的可能。

编译自/ScitechDaily