研究认为地球上的生命并非如教科书中描述的那样由氧气大量催生

不,氧气并没有催化地球上最早的多细胞生物迅速绽放。这一结果打破了一个已有 70 年历史的假设,即数亿年前海洋动物大爆发的原因是什么。6.85 亿年前到 8 亿年前,阿瓦隆大爆发–更著名的寒武纪大爆发的前身–标志着多细胞生物在地球海洋中的出现。在此之前的 20 多亿年里,世界一直被单细胞的变形虫、藻类和细菌所统治。

大爆发后,生物多样性突然激增,海海绵和其他复杂的多细胞生物取代了较为简单的单细胞生物。

以前有人推测,进化复杂性的这一重大飞跃是由氧气含量的增加引发的。然而,哥本哈根大学与伍兹霍尔海洋研究所、南丹麦大学和隆德大学等机构合作开展的最新研究却推翻了这一观点。

通过分析来自阿曼山脉的古老岩石样本的化学成分,研究人员能够”测量”出这些多细胞生物出现时世界海洋中的氧气浓度。与预期不同的是,结果显示地球上的氧气浓度并没有增加。事实上,氧气浓度仍然比现在低 5-10 倍,这大约是珠穆朗玛峰两倍高度的氧气含量。

“我们的测量结果很好地描述了当时世界海洋中的平均氧气浓度。我们可以清楚地看到,当更高级的动物开始进化并主宰地球时,氧气量并没有大幅增加。”克里斯蒂安-J.-比耶鲁姆(Christian J. Bjerrum)副教授说:”事实上,氧气略有减少。”

这项新成果结束了长达 70 年的研究故事,该故事推进了高浓度氧气在我们星球上更高级生命发展过程中的中心地位。

研究人员说:”我们现在非常肯定地知道,氧气并没有控制地球上生命的发展,这为我们提供了一个全新的故事,让我们了解生命是如何产生的,以及是什么因素控制了生命的成功:具体来说,这意味着我们需要重新思考很多我们从小就认为是正确的事情。教科书也需要修订和重写。”

研究人员还有很多不了解的地方,同时也存在大量争议。因此,比耶鲁姆希望这项新成果能促使世界各地的其他研究人员从新的角度重新考虑他们之前的成果和数据。

“全世界有很多研究部门,包括美国和中国的研究部门,都在这个课题上做了很多研究,如果在氧气没有推动生命发展的基础上进行解读,他们之前的研究成果可能会揭示出重要的新细节,”研究员说。

在这项新研究中,研究人员分析了来自阿曼北部阿曼山等地的岩石样本。虽然这些山脉今天相当高而且非常干燥,但在阿瓦隆大爆发生物多样性迅速绽放的时期,这些山脉却位于海底。

研究人员的发现已在全球三个不同山脉的化石中得到证实:阿曼山脉(阿曼)、麦肯齐山脉(加拿大西北部)和中国南方的长江三峡地区。

随着时间的推移,陆地上的粘土和沙子被冲入大海,在海底沉积成层。通过深入这些地层并检查其化学成分,研究人员可以了解特定地质时期的海洋化学情况。

研究人员利用在山脉中发现的铊和铀同位素进行分析,从中提取数据,从而计算出数亿年前的氧气含量。

那么,如果不是额外的氧气,是什么引发了这个时代的生命大爆发呢?研究人员解释说,也许恰恰相反:

“有趣的是,多细胞生物的爆发发生在大气和海洋氧气浓度较低的时期。”克里斯蒂安-J-比耶鲁姆说:”这表明,生物受益于较低的氧气水平,能够在平静中发展,因为水的化学性质自然地保护了它们的干细胞。”

据该研究员称,在癌症研究、人类和其他动物的干细胞中也研究过同样的现象。在这里,隆德大学的同事们观察到,在生物体决定细胞应该发育成特定类型的细胞(如肌肉细胞)之前,低氧水平对保持干细胞处于受控状态至关重要。

“我们知道,动物和人类必须能够维持低浓度的氧气,才能控制干细胞,从而缓慢、可持续地发育。如果氧气过多,细胞就会发育不良,在最坏的情况下,细胞会疯狂变异并死亡。”Christian J. Bjerrum总结说:”这种机制在当时的应用远非不可想象。”

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