科学家们发现了一个见证地球遥远历史的不寻常证据：微小的氧化铁石，称为鲕粒。这些矿物雪球锁住了古代碳的痕迹，揭示了10亿至5.41亿年前的海洋中所含有机碳远低于此前预期。这一发现挑战了长期以来的理论，这些理论将碳含量、氧气激增以及复杂生命的出现联系在一起。
从外表看，它们就像沙粒，但就其形成过程而言，这些所谓的鲕粒更像滚动的雪球：它们在波浪推动下沿海床移动时，一层层地生长。在此过程中，有机碳分子附着在它们上面，并成为晶体结构的一部分。
通过检查这些杂质，赫明威的团队成功追溯了海洋中有机碳的供应情况——追溯到了16.5亿年前。在《自然》杂志上，研究人员表明，在10亿到5.41亿年前之间，这个储存库的含量远低于之前的假设。这些发现反驳了当时对重大地球化学和生物事件的常见解释，并为地球历史提供了新的视角。
海洋作为生命构件的储存库
碳是如何进入海洋的？一方面，二氧化碳从空气中溶解到海水中，并通过混合过程和海流输送到深海，在那里长期滞留。另一方面，有机碳是由光合生物（如浮游植物或某些细菌）产生的。这些微生物利用阳光和二氧化碳的能量，自己生产有机碳化合物。当这些生物死亡时，它们像海洋雪一样缓慢沉向海底。如果它们在沉没途中未被其他生物吃掉而到达海底，碳就会被封存在海底数百万年。
但提供碳构件的不仅仅是浮游植物。生命的构件也被循环利用：微生物分解排泄物和死亡生物，从而再次释放这些构件。这些分子形成了所谓的溶解有机碳，它们在海洋中自由漂移：一个巨大的生命构件储存库，其含碳量是实际"构建进"海洋生物体内的碳的200倍。
氧气革命改变了一切
基于海洋沉积岩中的异常现象，研究人员曾假设这个构件储存库在10亿到5.41亿年前一定特别庞大。长期以来，这一假设作为解释冰河期和复杂生命如何同时出现的基础。生命构件的光合生产与大气的演化和更复杂生命形式的出现密切相关。正是通过光合作用，氧气才开始在大气中积累。
经过两次浪潮——被称为氧气革命——氧气含量上升到目前的21%的水平。这两次事件都伴随着覆盖整个星球的极端冰河期。尽管如此，生命仍在继续尝试和创造新的发明：在24亿至21亿年前的第一次氧气革命期间，生物进化出了一种新陈代谢方式，在氧气的帮助下将食物转化为能量。这种极其高效的产生能量的方式使得更复杂生命形式的演化成为可能。
碳含量远低于预期
赫明威的团队正在追踪地球化学与生物发展之间的这种联系。研究人员开发出一种新方法，使他们能够根据鲕粒中的碳颗粒，直接确定那个特定时期海洋构件储存库的大小。
"我们的结果与之前所有的假设相矛盾，"赫明威总结道。根据苏黎世联邦理工学院研究人员的测量结果，在10亿到5.41亿年前，海洋中溶解有机碳的含量并非更多，而是实际上比今天少90%到99%。直到第二次氧气革命之后，其数值才上升到目前6600亿吨碳的水平。
"我们需要对冰河期、复杂生命和氧气增加之间的关系提出新的解释，"首席作者尼尔·加利利说。他将碳储存库的急剧缩小归因于当时更大生物的出現：单细胞和早期多细胞生物死亡后沉降速度更快，从而增加了海洋雪的量。
然而，由于海洋深层氧气极少，这些碳颗粒并未在那里被循环利用。它们沉积在海底，导致溶解有机碳的储存库急剧下降。直到氧气在深海积累，碳储存库才重新增长到目前的规模。
从原始海洋到现在
尽管研究的时期早已过去，但研究结果对未来意义重大。它们改变了我们对地球生命以及可能系外行星生命演化方式的看法。同时，它们帮助我们理解地球如何应对干扰，而人类就是一种这样的干扰：人类活动引起的海洋变暖和污染目前正导致海洋氧气水平下降。因此，不能排除所描述的事件在遥远的未来再次发生的可能性。