重新评估使中元古代氧气水平高于先前报道的

根据一个国际研究小组研究氧与硫的结合以确定以前的数字可能是下限，而不是最大值，他们表示，在大约 14 亿年前的中元古代，大气中的氧含量比以前认为的要高。,,“地球生物学家感兴趣的是，我们知道氧气在大约 14 亿年前上升了，”宾夕法尼亚州立大学 Evan Pugh 大学地球科学教授 James F. Kasting 说。“有些人认为它大于 1%，但另一些人认为它要低得多。”,研究人员使用限制氧气在空气和海洋之间转移的模型重新分析了其他研究人员在 2018 年获得的样本。他们研究了沉积硫酸盐中氧的三种稳定同位素的比例。氧气 16 是最丰富的形式，而氧气 17 和 18 的含量则要少得多。,“研究人员一直在关注氧 18，因为与过去温度记录的氧 16 相比，它是稳定的同位素，”卡斯廷说。“在这里，我们也研究了氧 17，因为任何能分馏氧 18 的东西都会分馏氧 17 大约一半的量。”,同位素分馏是样品中发现的元素的每种同位素的相对丰度。某些生物和化学过程更喜欢一种同位素而不是另一种，因此会改变预期的比率。,“我们使用数据试图限制氧气，但我们证明你不能这样做，”卡斯廷说。“我们的分析相当复杂，但如果你将氧气水平降至之前建议的低水平，那么你得到的分馏过多，数据就会出现负面影响。”,其他人先前的研究估计氧气含量上限为 1%，但 Kasting 和他的团队在《美国国家科学院院刊》上报告称，氧气含量的下限估计为 1%。,今天，所有三种氧同位素都被植物和藻类从大气中去除，但在元古代中期，陆地生物圈要简单得多，因为没有维管植物。可能有单细胞生物或微生物垫，但这就是全部。,科学家们对早期地球大气中的氧气含量很感兴趣，因为生命的进化取决于可用的氧气。像海绵这样的动物——最简单的动物——在元古代末期出现，它们最少需要 0.5% 到 4% 的氧气。相比之下，今天的氧气水平是 21%。,“所以，问题就变成了，过去的氧气水平是否不足以支持更复杂的生命，”卡斯廷说。“或者是其他什么东西阻止了它的发展?”,根据卡斯廷的说法，缺乏氧气会导致生物体发育缓慢或没有发育，这已成为一些地球生物学家的教条。“但它的发展可能需要很长时间。从 1.8 到 8 亿年前的时期通常被称为‘无聊的十亿’，因为虽然大部分时间气候温暖，但有一种停滞。每个人想知道是什么稳定了它。”,元古代末期有海绵。到 5.43 亿年前的寒武纪大爆发，化石记录开始出现，在海洋沉积物中有无数来自软壳生物的印记。,“任何比单细胞生物更复杂的东西都需要超过 4% 的氧气，”卡斯廷说。“我们的论文表明有这么多氧气，但其他论文说没有。”,根据 Kasting 的说法，进化生物学家不喜欢“无聊的十亿”这个词，因为他们认为变化正在发生，认为动物必须比你在化石记录中看到的更早进化。在那段时间里肯定发生了一些事情。,“在那段时间里，气候稳定，可能是氧气和甲烷之间的反馈，”卡斯廷说。“我们想知道氧气含量是多少，但我们也想知道为什么化石记录看起来像这样。”,宾夕法尼亚州立大学的第一作者和最近的博士生刘鹏也参与了这个项目。刘景军，本科生;和地球科学系的博士生季傲双和海洋学和地球科学教授Raymond G. Najjar。