从外观上看，它们酷似沙粒，但就其形成过程而言，这些所谓的鲕粒更像滚动的雪球：它们在被海浪推过海底的过程中层层生长。在此过程中，有机碳分子附着其上，并成为晶体结构的一部分。
通过分析这些杂质，海明威团队成功追溯了海洋中有机碳的供给情况——时间跨度长达16.5亿年。研究人员在《自然》（Nature）杂志上发表的研究表明，在10亿至5.41亿年前，这一碳储量远低于之前的假设。这些发现推翻了对当时重大地球化学和生物事件的通行解释，为地球历史提供了新的视角。
海洋：生命构建单元的储库
碳是如何进入海洋的？一方面，二氧化碳（CO2）从大气溶解进入海水，通过混合过程和洋流输送到深海，并在那里长期滞留。另一方面，有机碳由浮游植物或某些细菌等光合作用生物产生。这些微生物利用阳光能量和CO2，自行合成有机碳化合物。当这些生物死亡后，它们会像“海洋雪”一样缓慢沉向海底。如果它们在沉降过程中未被沿途生物摄食而抵达海底，这些碳将在海底封存数百万年。
然而，提供碳组分供应的不仅仅是浮游植物。生命的构建单元也会被循环利用：微生物分解排泄物和死亡生物，从而再次释放出这些构建单元。这些分子形成了所谓的溶解有机碳，在海洋中自由漂流：这是一个巨大的构建单元储库，其碳含量是实际“构建”成海洋生物碳含量的200倍。
氧气革命改变了一切
基于海洋沉积岩中的异常现象，研究人员曾推测，在10亿至5.41亿年前，这一构建单元储库必定特别庞大。长期以来，这一假设一直是解释冰河时期与复杂生命如何同时出现的基础。生命构建单元的光合生产与大气演变及更复杂生命形式的发展密切相关。正是通过光合作用，氧气才开始在大气中积聚。
氧气含量分两波上升——被称为“氧气灾难”——最终达到目前的21%水平。这两次事件都伴随着覆盖整个星球的极端冰河时期。尽管如此，生命仍在不断摸索和尝试新的“发明”：在24亿至21亿年前的第一次氧气灾难期间，生物体进化出了一种利用氧气将食物转化为能量的代谢机制。这种极其高效的能量生成方式使得更复杂生命形式的发展成为可能。
碳含量远低于假设
海明威团队正在追踪此类地球化学与生物演变之间的关联。研究人员开发了一种新方法，使他们能够根据鲕粒中的碳颗粒，直接测定特定历史时期海洋构建单元库的规模。
“我们的结果与所有先前的假设相悖，”海明威总结道。根据苏黎世联邦理工学院（ETH）研究人员的测量，在10亿至5.41亿年前，海洋中溶解有机碳的含量并非更多，实际上比今天减少了90%至99%。直到第二次氧气灾难之后，该数值才升至目前6600亿吨碳的水平。
“我们需要对冰河时期、复杂生命和氧气增加之间的关联提出新的解释，”第一作者Nir Galili说道。他用当时较大生物的出现来解释碳库的大规模缩减：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沉降量。
然而，由于深海氧气稀少，碳颗粒未能在海洋深层进行再循环。它们沉积在海底，导致溶解有机碳库急剧萎缩。直到氧气在深海积聚后，碳库才重新增长至目前的规模。
从原始海洋到当下
尽管研究的时期早已远去，但这些研究发现对未来具有重要意义。它们改变了我们对地球生命乃至系外行星生命演化方式的看法。同时，它们有助于我们理解地球如何应对扰动，而人类正是这样一种扰动源：人类活动导致的海洋变暖和污染正致使海洋含氧量下降。因此，不能排除上述事件在遥远的未来重演的可能性。