為什么大氣的氧化作用，比釋放氧氣的光合作用發(fā)生晚很多？

2019-08-27 09:55 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

光合作用是光介導(dǎo)的反應(yīng)，它將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為碳水化合物和氧氣，為地球上巨大的生物圈提供動力。大約23億年前，這個反應(yīng)導(dǎo)致了地球大氣層的劇烈氧化。

有證據(jù)表明釋放氧氣的光合作用進化得更早——也許早在30億年前。然而，我們今天認為理所當(dāng)然的富氧大氣只存在于地球45億年歷史的10%左右。為什么大氣的氧化作用比釋放氧氣的光合作用發(fā)生得晚那么多？

地球和大氣科學(xué)學(xué)院(EAS)的助理教授Christopher Reinhard說：在地球歷史和行星科學(xué)領(lǐng)域，這種驚人的滯后現(xiàn)象一直是一個長期的謎。萊因哈德，前東亞峰會博士后研究員Kazumi Ozaki和合作者提出了一個解決這個謎題的方法，在他們發(fā)表在《自然通訊》上的研究結(jié)果表明，在地球早期的海洋中，釋放氧氣的光合作用物質(zhì)無法與原始同類物質(zhì)有效競爭，現(xiàn)代光合作用劑消耗水并釋放氧氣。

原始鐵離子則消耗溶解的鐵離子，而溶解的鐵離子在早期地球海洋中本來很豐富，它們產(chǎn)生的銹是副產(chǎn)品，而不是氧氣。論文第一作者、現(xiàn)為日本東河大學(xué)環(huán)境科學(xué)系助理教授的尾崎說：利用實驗微生物學(xué)、基因組學(xué)和大規(guī)模生物地球化學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)利用鐵而非水進行光合作用的細菌在光和營養(yǎng)方面是激烈的競爭對手。它們戰(zhàn)勝產(chǎn)氧光合作用物質(zhì)的能力，是地球全球氧氣循環(huán)的重要組成部分。

這項研究是萊因哈德研究目標(biāo)的一部分，目的是了解光合生物圈的進化如何控制地球大氣組成。了解重大生物創(chuàng)新的時機及其對地球海洋和大氣化學(xué)的影響。這些對于理解我們自身的進化起源以及在尋找太陽系之外生命至關(guān)重要。研究結(jié)果有助于加深對控制地球大氣長期演化的生物因素認識，提供了一個更好的機制來理解促進太陽系外類地行星大氣氧化因素。這些結(jié)果“為建立地球生物地球化學(xué)氧循環(huán)的理論模型提供了一個全新有利條件。