解码地球古老的大气层：生命在塑造我们世界中的作用
解码地球古老的大气层：生命在塑造我们世界中的作用
在过去的5亿年里，地球上的大气、海洋和生命之间存在着复杂的相互作用，这种相互作用不仅创造了早期生物繁衍生息的条件，还塑造了我们今天所看到的地球环境。近日，一个跨学科科学家团队在多学科开放获取期刊《国家科学评论》（National Science Review）上发表了一篇关于这一共同进化史的透视文章，为我们揭示了这段地球历史中鲜为人知的故事。
研究团队由来自锡拉丘兹大学、牛津大学和斯坦福大学的科学家组成，他们探索了古代生命形式（包括植物和动物）与当前新生代化学环境之间错综复杂的反馈作用。新生代大约始于5.4亿年前，当时的大气环境与今天大不相同。那时，大气中的二氧化碳含量很高，而氧气含量很低，这样的条件下，许多现代生物很难繁衍生息。
然而，海洋藻类改变了这种状况。它们通过光合作用，从大气中吸收二氧化碳，将其锁入有机物中，并产生氧气。这一过程不仅改变了大气成分，还影响了海洋中生命的进化。动物在海洋环境中的生存能力受到氧气水平的影响，而氧气水平的变化又与藻类的光合作用密切相关。
锡拉丘兹大学地球化学教授卢尊礼是论文的第一作者，他指出：“我们的任务之一是总结过去5亿年来大气和海洋中二氧化碳和氧气的最重要发现。我们回顾了这些物理变化如何影响海洋中生命的进化。但这是双向的。生命的进化也影响着化学环境。要了解如何在漫长的时间尺度内建立一个宜居的地球并不是一件小事。”
研究团队采用了多种方法来探究这一复杂的历史。卢尊礼正在利用地球化学代用指标和模型模拟，研究在新生代时期，海洋氧气水平可能在何时何地上升或下降。斯坦福大学地球与行星科学教授乔纳森-佩恩则将远古动物的估计代谢需求与化石记录中动物生存或消失的地点进行了比较。
随着光合藻类将大气中的碳清除到沉积岩中，以降低二氧化碳和提高氧气水平，藻类酶固定碳的效率降低了。因此，藻类必须找出更复杂的方法，在二氧化碳含量较低和氧气含量较高的情况下进行光合作用。为了实现这一目标，藻类创造了用于光合作用的内部隔间，并对化学成分进行控制。
“对于藻类来说，O2/CO2环境比例的变化似乎是推动光合效率提高的关键，”合著者、牛津大学地质学教授罗莎琳德-里卡比说。“真正耐人寻味的是，这些光合效率的提高可能扩大了许多生命形式的可居住性化学包络。”
卢尊礼指出，古代光合作用者必须适应它们自己创造的物理环境的变化。“新生代历史的第一部分是增加生命的宜居性，然后第二部分是适应。”
如果科学家们想进一步了解生命与物理环境之间的这种相互作用，以及宜居性的驱动因素和限制因素，作者建议，绘制出化石记录中显示的海洋氧气、光合作用生物标志物和动物代谢耐受性的空间模式图，将是未来的一个关键研究方向。
这项研究不仅为我们揭示了地球历史中生命与环境相互作用的奥秘，也为未来地球环境的保护和可持续发展提供了重要的科学依据。