科技日報記者 謝宏
距今約15億年左右的真核生物的出現真的與環境演化無關嗎？該時期地球表面環境演化真的是這麼緩慢嗎？這是當今地球科學充滿挑戰性的基礎前沿科學問題。
近日，中國地質科學院地質研究所研究員朱祥坤課題組在《自然—地球科學》發表論文，首次報導了距今約15.7億年前地球發生了一次氧化事件，恰好對應最早的大型多細胞真核生物出現的時間。這一重要發現將徹底推翻「18—8億年地球表面持續低氧」的傳統認識，再次肯定了氧氣在早期真核生物演化中的重要作用，代表了地球早期環境與生命協同演化研究的一個重大突破。
探索地球早期生命與環境演化，一方面能夠滿足人類的好奇心和求知慾，另一方面也是預測地球和人類未來的基礎。地質歷史時期一共發生過兩次比較大的大氣增氧事件，分別發生在距今約24—20億年前和8.5—5.4億年前。約24億年之前，地球表面大氣氧含量極低，小於現代氧氣水平的0.001%；約5.4億年前之後，大氣氧含量則增長到大於現代氧氣水平的20%。而中間階段，18—8億年前地球表面一直以來被認為處於持續低氧狀態，有科學家估算當時的大氣氧含量甚至可能低於現代氧氣水平的0.1%。但近年來，越來越多距今約15億年前後的沉積地層中發現保存有豐富且多樣的真核生物化石，特別是華北東部發現了距今約15.6億年前地球上最早的大型多細胞真核生物化石群，使得科學家開始爭論：早期真核生物演化與地表環境變化是否存在必然聯繫，還是說生物演化只是基因表達和演化的結果，與環境無關。
據介紹，這一發現的研究區位於我國天津薊縣地質剖面自然保護區。該地區完好地保存了距今15億年前後的「中元古代」沉積巖石地層，使之成為全球揭示該時期地球演化奧秘的經典研究地區之一。朱祥坤團隊通過對薊縣剖面約16—15.5億年前的古海洋沉積碳酸鹽巖開展詳細的地球化學研究工作，有效地提取了當時的古海水地球化學信息。研究發現，中元古代古海洋是一個持續氧化的動態演化過程，氧化事件起始於約15.7億年前。而且目前已知可靠的、最早的大型多細胞真核生物化石發現於我國燕山山脈大約15.6億年前的沉積地層中，稍晚於本研究發現的古海洋氧化事件的起始時間。
這一新的發現具有非常重要的科學意義。距今18—8億年的時期一直被認為是地球歷史上比較沉寂的時期（Boring Billion），地球表層巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈維持在近乎不變的 「穩定」狀態。有科學家認為，該時期的大氣氧含量甚至可能低於現代氧氣水平的0.1%。但隨著越來越多該時期真核生物化石的發現，特別是15.6億年前大型多細胞真核生物的發現，使得有關「早期真核生物演化與地表環境變化是否存在必然聯繫」的爭論更加激烈。本次薊縣剖面16—15.5億年前碳酸鹽巖中記錄的古海洋氧化事件的發現，徹底推翻了該時期「持續低氧」的傳統認識，而且也強有力地證明了早期真核生物演化與地表環境變化存在內在聯繫，升高的氧氣含量是真核生物演化的必要條件。這一新的發現也將刺激科學家重新從不同角度探索距今18—8億年前地球系統演化的奧秘。
據悉，該項研究得到國家自然科學基金、中國地質科學院科研基金和國家留學基金等項目的資助。
[責任編輯:趙清建]