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scimonth - Science | 2014-11-05 | 人氣:1861

Tidalites (Big Cottonwood Formation, Neoproterozoic; Utah, USA)

Flickr :James St. John

 科學家一直以來都很好奇,為何早在幾十億年前地球上已經覆蓋足夠氧氣,但生命卻沒有更早爆發」。

 

地質學家們解答了地球生命起源的一個重大疑問。

 

科學家一直以來都好奇,為何地球上雖已有足夠氧氣覆蓋,但生命卻沒有更早「爆發」。動物在元古宙末期數量大爆發,時間大約在8億年前,但多數學者認為氧氣濃度在這之前的幾十億年內便已足夠。理論上,複雜且繽紛的生命應該更早綻放於地球上。

 

好吧!答案顯示此時的空氣還不是那麼的清新。

 

這項研究發表在10/30號的 Science 上頭,耶魯大學的研究人員諾亞.潘蘭伐斯基與同事發現:原來在原古宙之前的十幾億年裡,氧氣濃度其實僅有今日的千分之一。也就是說,當時地球大氣中的氧含量根本不足以讓生物承擔太大風險,消耗太多能量在演化上,無論此時有多優秀的演化創意,都只能乖乖地按兵不動,畢竟生活艱困。

 

「動物大量爆發的背後,遺傳與生態變化必是肇因,但背景的氧氣濃度必須得維持在一定水準。」潘蘭伐斯基與喬治亞理工學院的克里斯.萊茵哈德共同完成這篇研究。「我們提供了第一條證明這段時期氧氣含量極低的證據,這便是導致動物繁榮綻放延後的原因。」

 

這群科學家分析了取自中國、澳洲、加拿大以及美國古代沉積物,並藉由裡頭的鉻同位素測定。鉻能在地殼裡找到,而且鉻氧化物可穩定存於含氧環境底下。研究人員所採用的是來自淺層、富含鐵的海岸地區取得的沉積物,他們比較其他從較年輕地區取得的樣本,由於接下來氧氣的含量逐漸足夠,所以沉積物中的氧含量相對會較高。

 

科學家一直困惑於氧氣含量是怎麼影響最初生物的繁榮。「我們一直都缺少了解這問題的方法」潘蘭伐斯基表示「所以我們利用鉻來當作替代」。在先前的計算模型裡,氧氣濃度降到今天的40%以下,對維持當時整體生物耗氧量已相當足夠。

 

在進行研究的過程裡,研究人員原先被告知早期氧氣含量相當高。但在他們實驗過後發現:「地球表面的鉻循環狀況在生物出現前後,相比起來具有相當一階微分的巨大差距。」

 

「如果我們研究結果正確,這將改變人們看待早期生物與其他以複雜形式生活的生物,牠們彼此與環境間的關聯。」論文共同作者加大河濱分校的提米.萊恩斯表示。「這將導致當時整體生態的遊戲規則發生改變。」

 

「現在有許多針對環境影響複雜生命演化的相關討論,我相信我們的結果將對這類討論提供相關資料。」萊茵哈德表示。

 

這項研究的經費是由美國NASA的地外生物學計畫( Exobiology Program )以及NSF的地球生命過渡計畫( Earth-Life Transitions program )所提供。

 

原文網站 : ScienceDaily

討論原文     :  

N. J. Planavsky, C. T. Reinhard, X. Wang, D. Thomson, P. McGoldrick, R. H. Rainbird, T. Johnson, W. W. Fischer, T. W. Lyons  Low Mid-Proterozoic atmospheric oxygen levels and the delayed rise of animals Science, 2014; 346 (6209): 635 DOI: 10.1126/science.1258410

編輯&翻譯:林建霖

 
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