科学家们解开了5亿年来地球早期生命形式与环境之间的相互作用

在过去的5亿多年里，大气、海洋和地球上的生命相互作用，改善了早期生物茁壮成长的条件。现在，一个跨学科的科学家团队发表了一篇关于这种共同进化史的观点文章，发表在《国家科学评论》上

“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，”锡拉丘兹大学地球化学教授、该论文的第一作者Zunli Lu说。“我们回顾了这些物理变化如何影响海洋中生命的进化。但这是一条双向的街道。生命的进化也影响了化学环境。了解如何在长时间尺度上构建一个可居住的地球并非易事。”来自锡拉丘兹大学、牛津大学和斯坦福大学的团队探索了包括植物和动物在内的古代生命形式与大约5.4亿年前开始的显生宙Eon中的化学环境之间的复杂反馈

显生宙开始时，大气中的二氧化碳水平很高，氧气水平很低。这样的条件对许多现代生物来说很难茁壮成长。但海洋藻类改变了这一点。它们从大气中吸收二氧化碳，将其锁定在有机物中，并通过光合作用产生氧气

动物在海洋环境中生存的能力受到氧气水平的影响。陆正在利用地球化学指标和模型模拟研究显生宙期间海洋氧水平可能在何时何地上升或下降。合著者、斯坦福大学地球与行星科学教授乔纳森·佩恩将古代动物的估计代谢需求与化石记录中幸存或消失的地方进行了比较

随着光合藻类将大气中的碳转移到沉积岩中以降低二氧化碳并提高氧气水平，藻类的酶在固定碳方面的效率降低了。因此，藻类必须在较低的二氧化碳和较高的氧气水平下创造更复杂的光合作用方式，并通过控制化学物质来创造光合作用的内部隔间来实现这一目标

牛津大学地质学教授、合著者Rosalind Rickaby说：“对于藻类来说，O2/CO2环境比的变化似乎是提高光合效率的关键。”。“真正有趣的是，光合效率的这些提高可能扩大了许多生命形式的可居住性的化学范围。”陆指出，古代的光合作用者必须适应他们自己创造的物理环境的变化。“显生宙历史的第一部分是增加生命的可居住能力，然后是适应。”研究方向 More information: Zunli Lu et al, Phanerozoic co-evolution of O₂-CO₂ and ocean habitability, National Science Review (2024). DOI: 10.1093/nsr/nwae099