作者:R. A. Boyle 来源:《自然—地球科学》 发布时间:2014-8-15 11:53:50
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小蠕虫拯救大地球
通过调节氧气水平使动物得以进化

 

一些已经灭绝的海底蠕虫可能曾改变了地球的化学构成。图片来源:Obsidian Soul

一项新研究表明,你或许可以信任生活在5亿年前的像蠕虫一样的小生物。科学家说,通过在海底钻洞,这些动物使氧气浓度保持在一个恰到好处的水平,从而让动物和其他复杂生命体得以进化。这一发现或许有助于回答关于地球过去的一个长久之谜。

在距今5.7亿年前的寒武纪黎明,多细胞生物刚刚开始出现——它们主要生存在海洋中。但对于动物进化而言,海洋和大气中的氧气浓度必须恰到好处。氧气太少会让早期的动物感到窒息;而氧气过剩加上雷击则会点燃可怕的野火,将原始的陆地植被一烧而光。“为什么当时的氧气浓度没有崩溃或翻番?”欧登塞市南丹麦大学(SDU)地球化学家Tais Dahl说,“一定有什么东西在相对狭窄的范围内调节了氧气。”

在这项有关进化研究的关键时刻,Dahl遇到了Richard Boyle,后者当时是英国埃克塞特大学的一位地球化学建模者。Dahl曾对自己和其他研究人员采集的岩石露头(这些岩石曾位于海底)数据感到困惑。4组不同的化学测量结果显示,从5.3亿年前开始,在之后的3000万年里,海洋中的氧气含量一直在稳步下降。

如今在SDU任职的Boyle曾提出一种假设解释了其中的原因。通过挖掘,他推断,寒武纪早期栖息在海底的爬行动物启动了一个复杂的链式反应,并最终改变了地球的化学组成。

在这项新研究中,两位科学家及其同事利用一个简单的模型清楚地讲述了这一机制。研究人员指出,随着它们翻土和摆动,这些早期多细胞生物——类似于40厘米长的蠕虫——使海水暴露于新的海底沉积物面前。沉积在海底的每一层新的沉积物都包含有细菌;随着这些细菌暴露在海水的氧气里,它们会开始在自己的细胞中储存一种名为磷酸盐的化学物质。因此当这些蠕虫搅拌的海底沉积物层越多,便有越来越多的磷酸盐积聚在海底沉积物中,而海水中的磷酸盐则相应越来越少。

由于海藻和其他光合作用海洋生物的生长需要磷酸盐,因此海水中磷酸盐的减少将影响它们的生长。反过来,光合作用的减少意味着较少的氧气被释放到海洋中。用这种方式,系统便形成了一个负反馈环,即随着氧气含量的增加而自动减缓氧气含量的上升水平。那么又是什么机制避免氧气水平过低呢?研究人员解释说,海水中较少的氧气同时意味着更少的蠕虫,从而也就减少了不利于氧气形成的挖掘过程。Dahl说:“我们认为这些动物可能已经完全改变了地球的化学循环。”

研究人员在本周的《自然—地球科学》杂志上报告了这一研究成果。

在该杂志配发的一篇科学评论文章中,耶尔瑟克市荷兰皇家海洋研究所生物地球化学家Filip Meysman写道:“虽然我们仍远未了解蠕虫和它们的同类对我们的星球的地球化学历史的影响到了何种程度,但这是一个新的和可检验的假设,它将激发新的思维。”但他警告说,在这项新研究中,蠕虫穴居模式快速增加的程度可能局限于某些地区的古代海洋,而尚未被证明是一个全球性现象。

美国宾夕法尼亚州立大学生物地球化学家Lee Kump强调:“事后来看,这一研究结果并不特别令人惊讶或违反直觉。”他说:“我希望我也能够这样想。”(来源:中国科学报 赵熙熙)

 
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