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科学家提出了一种新的机制，通过这种机制，氧气可能首先在大气中积聚。

科学家 微生物


科学家提出了一种新的机制，通过这种机制，氧气可能首先在大气中积聚。



在地球历史的前20亿年里 ， 空气中几乎没有任何氧气 。 虽然一些微生物在这一时期的后半段已经光合作用 ， 但氧气尚未积累到会影响全球生物圈的水平 。
但是在大约23亿年前的某个时候 ， 这种稳定的低氧平衡发生了变化 ， 氧气开始在大气中积聚 ， 最终达到了我们今天呼吸的维持生命的水平 。 这种快速输注被称为大氧合事件或GOE 。 是什么触发了这一事件 ， 并将地球从低氧的困境中拉了出来 ， 这是科学界最大的谜团之一 。
麻省理工学院科学家提出的一项新假设表明 ， 由于某些海洋微生物与海洋沉积物中矿物质之间的相互作用 ， 氧气最终开始在大气中积累 。 这些相互作用有助于防止氧气被消耗 ， 从而引发了一个自我放大的过程 ， 在这个过程中 ， 越来越多的氧气可以积聚在大气中 。
科学家们使用数学和进化分析提出了他们的假设 ， 表明在GOE之前确实存在微生物 ， 并且以研究人员提出的方式进化出与沉积物相互作用的能力 。
他们的研究发表在《自然通讯》上 ， 是第一个将微生物和矿物质的共同进化与地球的氧化联系起来的研究 。
\"可能是地球历史上最重要的生物地球化学变化是大气的氧化 ， \"研究作者 ， 麻省理工学院地球 ， 大气和行星科学系（EAPS）地球物理学教授Daniel Rothman说 。 \"我们展示了微生物 ， 矿物质和地球化学环境的相互作用如何协同作用以增加大气中的氧气 。
该研究的共同作者包括主要作者 ， 前麻省理工学院研究生Haitao Shang和EAPS地球生物学副教授Gregory Fournier 。
更上一层楼
今天大气中的氧气水平是产生氧气的过程和消耗氧气的过程之间的稳定平衡 。 在GOE之前 ， 大气保持了一种不同的平衡 ， 氧气的生产者和消费者处于平衡状态 ， 但不会为大气留下太多额外的氧气 。
是什么能把地球从一个稳定的缺氧状态推向另一个稳定的富氧状态？
\"如果你看看地球的历史 ， 似乎有两次跳跃 ， 你从低氧的稳定状态到高得多的氧气的稳定状态 ， 一次在古元古代 ， 一次在新元古代 ， \"Fournier指出 。 \"这些跳跃不可能是因为过量氧气的逐渐增加 。 一定有一些反馈循环导致了稳定性的这种阶跃变化 。
他和他的同事们想知道 ， 这种积极的反馈循环是否可能来自海洋中的一个过程 ， 该过程使消费者无法获得一些有机碳 。 有机碳主要通过氧化消耗 ， 通常伴随着氧气的消耗 - 海洋中的微生物利用氧气分解有机物的过程 ， 例如沉淀在沉积物中的碎屑 。 研究小组想知道：是否存在氧气的存在刺激其进一步积累的过程？
Shang和Rothman制定了一个数学模型 ， 做出了以下预测：如果微生物仅具有部分氧化有机物的能力 ， 那么部分氧化的物质或\"POOM\"将有效地变得\"粘稠\" ， 并以化学方式与沉积物中的矿物质结合 ， 以保护材料免受进一步氧化 。 本来会消耗以完全降解材料的氧气将可以自由地在大气中积聚 。 他们发现 ， 这个过程可以作为一种积极的反馈 ， 提供一种自然的泵 ， 将大气推入一个新的高氧平衡 。
\"这让我们不禁要问 ， 是否存在产生POOM的微生物代谢？\"傅立叶说 。
在基因中
【科学家提出了一种新的机制，通过这种机制，氧气可能首先在大气中积聚。】为了回答这个问题 ， 研究小组搜索了科学文献 ， 并确定了一组微生物 ， 这些微生物今天在深海中部分氧化有机物 。 这些微生物属于细菌组SAR202 ， 它们的部分氧化是通过酶Baeyer-Villiger单加氧酶或BVMO进行的 。
该团队进行了系统发育分析 ， 以了解微生物和酶的基因可以追溯到多远以前 。 他们发现 ， 这种细菌确实有可以追溯到GOE之前的祖先 ， 并且这种酶的基因可以追溯到各种微生物物种 ， 可以追溯到GOE之前的时代 。
更重要的是 ， 他们发现 ， 在大气经历氧合峰值期间 ， 该基因的多样化或获得该基因的物种数量显着增加 ， 包括在GOE的古元古代期间一次 ， 以及在新元古代 。
\"我们发现产生POOM的基因的多样化与大气中的氧气水平之间存在一些时间相关性 ， \"Shang说 。 \"这支持了我们的整体理论 。
为了证实这一假设 ， 需要更多的跟进 ， 从实验室的实验到现场的调查 ， 以及介于两者之间的一切 。 通过他们的新研究 ， 该团队在古老的案例中引入了一个新的嫌疑人 ， 即是什么使地球大气层充氧 。

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