大气中含氧量和海洋生物有何关系？

来自雪城大学地球科学系的研究人员证实，数亿年前，海洋和大气中不断上升的含氧量和海洋生物是共同进化的。

在《科学》杂志上发表的这篇开创性论文的第一作者是来自雪城大学艺术与科学学院的Wanyi Lu博士。Lu博士的导师是雪城大学艺术与科学学院副教授Zunli Lu博士。

这篇论文源于Zunli Lu领导的一项历时多年的多国参与的研究工作：考察距今5.42亿年前开始的“显生宙”期间大陆架上增加的氧化作用的原因和影响。

Zunli Lu说：“大多数关于氧气历史的研究都集中在大气和深海以及其对生物进化的影响。我们相信大陆架上方水柱（即上层海水）内的海洋氧气含量会带给我们一些不一样的发现。”

该研究小组的核心是2010年由Lu副教授首创的一种地球化学指标。他和他的同事们利用碘地球化学的一种新方法测量了碳酸钙矿物和化石中的碘与钙的比例。

来自加州大学河滨分校的地球化学教授Timothy Lyons认为，碘地球化学是用来限制海洋中近地表条件中氧气条件的“有力工具”。他说：“这些水域是最早的动物第一次出现、进化并发展到复杂的生态系统的地方。这项研究结果揭示了早期水环境中令人无法想象的环境动态，并且这些环境条件一定会对动物有所影响。”

研究人员解释说：“地球最开始由一层厚厚的甲烷雾（即当时的大气层）所笼罩，这层甲烷雾中几乎没有氧气。后来，利用光合作用的微生物们最终产生了足够的化学能，使得自由氧在大气中逐渐积累。这为大约23亿年前的“大氧化事件”（Great Oxidation Event）奠定了基础。”

随着氧化作用的出现，多细胞的生命形式在接下来的十亿年里也逐渐出现了。其中包括真核生物，它们的遗传信息储存在细胞核或膜结合的细胞核中。

那么，全球海洋于何时并且如何变得氧气富足以使得各种各样的海洋生物（包括今天的生物）能够生存于其中的呢？

“我们通过碘数据得出的结论与大约4亿年前大气中含氧量的大幅上升是相符合的。”Lu说，“尽管如此，直到2亿年前，当大型的真核浮游生物主宰世界海洋的时候，上层海洋的含氧量才稳定到接近现代环境的含氧量。这个时机非常合理。”

要了解岩石记录中的这些现象，必须了解大规模的生物地球化学和海洋学过程以及大气化学成分。“我们使用了一个复杂的地球系统模型（ESM），它有一个有趣的名字：GENIE，这是“网络集成地球”（Grid-ENabled Integrated Earth）的简称。”

英国牛津大学地球化学教授Ros Rickaby说：“令人难以置信的是，海洋中微生物矿化浮游生物日益成功，通过氧气分布的变化，对地球系统产生了如此深远的影响，进一步增大动物的平均体型。这让我们想起，海洋生态系统各个部分之间错综复杂的相互联系。”

编译：Jessica Ji    审稿：Peter Wang

责编：南熙

来源：https://phys.org/news/2018-05-scientists-rethink-co-evolution-marine-life.html

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