一項最新研究挑戰(zhàn)了古生代時期海洋有機碳儲量巨大的傳統(tǒng)觀點，為地球生命起源和演化歷史提供了全新線索。ETH蘇黎世的研究團隊推翻了長期以來的理論：即在10億至5.41億年前，海洋中大量溶解有機碳的儲備曾引發(fā)大規(guī)模冰川期，并促成復雜生命的形成。基于一種創(chuàng)新的鐵氧化物微粒分析技術(shù)，科學家首次直接測量了遠古時期海洋中溶解有機碳的實際含量。

結(jié)果顯示，與現(xiàn)今相比，古代海洋中的溶解有機碳含量低了90%至99%。這一發(fā)現(xiàn)意味著必須重新尋找地球環(huán)境變化與生命演化之間聯(lián)系的根本解釋。

科學家一直面臨著追溯地球久遠過去的挑戰(zhàn)：許多重大事件發(fā)生得極早，鮮有直接證據(jù)留存。ETH教授Jordon Hemingway領導的團隊現(xiàn)在找到了極為罕見的自然記錄載體——蛋形鐵氧化物小石（ooids），它們像“時光膠囊”一般，記錄著海洋中過去有機碳的存量。

ooids起初貌似普通沙粒，但生成方式獨特。它們像微型雪球，隨著海浪滾動不斷包裹新的層次，有機碳分子在這一過程中被鎖進礦物結(jié)構(gòu)?？蒲腥藛T通過解析這些內(nèi)封分子，把揭示海洋有機碳含量的時間線推進至16.5億年前。研究結(jié)果刊登于《自然》雜志，顯示在10億至5.41億年前，海洋有機碳遠低于此前科學界的普遍估計，這顛覆了關于該時期地質(zhì)和生物事件的核心解釋，也為理解地球早期歷史提供了新視角。

那么碳是如何進入海洋的？一方面，二氧化碳從空氣溶解進海水，通過洋流被帶往深處，長期儲存。另一方面，光合作用生物如浮游植物及細菌用陽光和二氧化碳合成有機碳。它們死后緩慢沉降，如果不被生物消耗，碳就會被埋藏在海底，長達百萬年。部分碳再通過微生物分解作用不斷循環(huán)，形成自由漂浮的溶解有機碳庫——這是現(xiàn)代海洋中比活體生物內(nèi)碳還多200倍的“生命積木”儲藏所。

長期以來，科研界根據(jù)沉積巖中的異常推斷，在10億至5.41億年前，這一有機碳儲量應異常龐大，并據(jù)此解釋冰期與復雜生命的同步出現(xiàn)。地球氧氣的兩次大規(guī)模提升（“氧氣災變”）分別導致大氣含氧量出現(xiàn)躍升，進而伴隨極端冰期的發(fā)生。但新發(fā)現(xiàn)顯示，正是在第二次氧氣災變后，海洋中的溶解有機碳才上升到今天的水平（約6600億噸）。

ETH的最新研究方法通過ooids中的碳粒子，直接刻畫當時的碳存量。“我們的數(shù)據(jù)與以往所有假設相悖，”Hemingway指出：“那段期間海洋中溶解有機碳比現(xiàn)在少得多，僅為1%至10%?！闭撐牡谝蛔髡逳ir Galili解釋說，這一劇烈減少與當時生物體逐漸變大有關——單細胞和早期多細胞生物死亡后下沉速度加快，導致“海洋雪”沉降加強。但彼時深海極度缺氧，使得碳無法被再次循環(huán)，直接沉積海底。直到海洋深處積累出更多氧氣，溶解有機碳庫才回升至現(xiàn)代水平。

這項成果不僅改寫了對早期地球演化的認知，也為人類未來研究地球乃至系外行星生命演化提供理論依據(jù)。同時提醒，當前人類活動導致的海洋升溫與污染正在促使海洋含氧下降，不排除未來再次發(fā)生類似碳儲量驟減與環(huán)境劇變的可能。

編譯自/ScitechDaily