从“厌氧”到“好氧”,生物演化的第一个拐点,到底发生了什么?
氧气(oxygen),化学式O2。
大气层的成分主要有氮气,占78.1%;氧气占20.9%;氩气占0.93%,除此之外还有少量的二氧化碳和一些稀有气体,在这些气体中,我们最熟悉的就是氧气和二氧化碳,如果二氧化碳增加,会导致温室效应的加强,从而导致一系列的连锁反应。
对于地球上的生物来说,氧气的含量十分重要,并且大气成分的各种变化,也会对地球的整体气候造成影响,但是在地球形成的初期,大气层中几乎是不含氧的,为什么随着时间的发展,氧气变得越来越多了呢?
01生命诞生于沉默之中
现在的地球是一个蔚蓝色的行星,同时在地球上有着十分稳定的气候变化,对于我们来说已经习惯的地球环境,在宇宙中其实是十分罕见的,大部分行星上的环境对于我们来说都是十分恶劣的,因此一些人认为,宇宙中大部分行星不可能存在生命,因为这些行星上的环境不足以支持脆弱的生命出现。
可是这样的观点真的正确吗?其实,地球刚刚诞生后的很长一段时间,环境也是十分恶劣的,其中最关键的一个因素就是“缺乏氧气”。
如果没有生物的干预,电场或紫外线分解水只能产生很少的氧。这微量的氧气,并不足以支撑起一个复杂的生态系统,而在26亿年前,地球上发生了一次史无前例的气候变化“大氧化事件”(Great Oxygenation Event ;简称GOE)。
大氧化事件对整个地球的生态发展至关重要,如果没有大氧化事件的发生,如今的地球绝对不会像今天一样充满生命的喧嚣,整个星球的环境会是死寂且恶劣的。
在24~26亿年前的太古宙时期,最初的生命在沉默慢慢繁衍,这些生物诞生于深海之中,有些人认为,最早的生命是海洋之中的蓝藻,但是在2017年,英国《自然》杂志发布了一篇文章,这篇文章讲述了一个重要的发现,科学家在澳大利亚的岩层中,发现了一些“叠层石”,也就是微生物群落活动生存留下的痕迹,并且在这些岩石中发现了一些管状和丝状结构,十分类似深海热泉附近的微生物结构,因此科学家认为,地球上最初的生命可能诞生于37亿年前左右,比曾经发现的蓝藻化石还要古老3亿年。
地球最古老的生物的痕迹
这个发现把地球上的生物演化史再次刷新,或许在地球形成没有多久,就已经有简单的生命形式出现,虽然我们无法证明这些管状结构是微生物留下的痕迹,但是科学家在这个岩石上发现了氧化铁颗粒和碳酸盐岩,这些物质代表着生物的活性。
不论地球上第一个生命诞生于什么时间,它们生活在地球上的时期,环境绝对是十分恶劣的,整个星球上没有任何的树木,大气中缺乏氧气。如果现在生物回到太古宙时的地球,会在短时间内死亡。
“大氧化事件”就是一切的转折点,科学家在阿瓦隆半岛上找到了最原始的沉积物,但是在大氧化事件发生之前,海洋中几乎完全没有氧气,因此在沉积物中,没有任何生物留下的化石,可是在“休伦冰河时期”发生之后,沉积物中出现了大型生物的化石,研究证明,在当时地球大气中的氧含量已经达到了15%。
为什么地球突然之间就充满了氧气,是否是氧气的增加,导致了地球生物爆炸式的增加呢?
02“大氧化事件”,灭亡和新生!
最初的地球,大气中几乎没有氧气,可是在当时就已经出现了生命,只不过大多数生命都是最简单的原核生命,并且因为地球缺乏氧气,大部分生物都是“厌氧生物”,对于这些生物来说,氧气更像是“毒药”。
如今地球上仍然有许多“厌氧菌”存在,对于这些细菌来说,无氧或者少氧的环境中,它们可以生活得更好,并且科学家在远离地表的地层深处,原本被认为不可能存在生命的区域,也发现了厌氧细菌的存在,因此氧气并不是对于所有生物来说,都是生命的必需品。
但是在26亿年~23.2亿年前,地球大气中的氧含量猛增,导致了大部分厌氧生物的死亡,大气中的氧含量从0.02%开始慢慢攀升,一度超越了30%,又慢慢降低到了今天的水平。
并且大量的氧气出现,消耗了大量的温室气体,导致了地球出现了地质史上最严重,也是持续时间最长的一次冰河时期,“休伦冰河时期”(Makganyene冰河期),这次恐怖的冰期持续了整整三亿年,就是在这场漫长寒冷的冰期中,原始的生物开始了缓慢的适应环境,大部分无法适应环境的厌氧生物灭绝,幸存下来的生物适应了环境,进化出了“有氧代谢”功能,正是这种能力,促使了“真核生命”的出现,地球上的生物正式从原核生物迈入了真核生物的时代。
对于人类来说,大氧化事件并不仅仅是促使了复杂生命的出现,更加重要的是,氧气的出现让地球的矿物质更加多样化,氧气的加入让矿物的形成环境从低氧至转变为了富氧,改变了矿物的分子结构,让更多的矿物出现。
03蓝藻,以一己之力改天换地
可是,为什么地球的环境会突然发生变化呢?至今没有一个确定的答案,毕竟大氧化事件距离今天太过久远,我们只能从地层中判断,远古地球是极度缺乏氧气的,但是在26亿年~23亿年的阶段,氧气开始不断增加,最被认可的观点是“蓝藻大爆发”。
很多人认为,蓝藻是地球上最古老的生命形态,关于蓝藻的化石最早可以追溯到36亿年前左右,并且如今的地球上蓝藻仍然活跃,而大氧化事件,可能就是因为蓝藻的种群数量爆发,遍布海洋,导致了地球氧含量猛增。
蓝藻
蓝藻并不是真核生物,和现代的真核藻类有巨大的区别,蓝藻的体内并不含叶绿素,缺可以进行氧性光合作用,它们利用阳光作为能量,把氧气视为“废气”排出体外,一只蓝藻十分渺小,但是整个海洋遍布蓝藻,无数亿个蓝藻不断释放氧气,导致了地球气候发生了巨大的变化,可以说蓝藻这种生物十分神奇,各种环境都可以看到它们的身影。
看似不起眼的生物,却几乎永久性改变了地球的环境,让生物的演化进入了一个全新的时代,我们能有今天的生活,居然要感谢这些原始的生命体,不由得让人十分感叹。
如果没有大氧化事件的发生,生物是否会在缺乏氧气的环境中演化出一条不同的道路呢?或许没有蓝藻,如今的地球就是另外一个行星……
从大氧化事件我们就可以看出来,生物虽然渺小,却也对环境的变化起到不可忽视的影响,人类也在不断改变着地球的环境,是否会带来一个全新的时代?就让我们一同拭目以待。
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