地球科学家揭示了800亿年前生命的进化

硝酸盐对藻类、花朵甚至你的邻居负责吗?弗吉尼亚理工大学的一个地球科学家团队发现了可能表明是的证据。

该团队的研究结果最近发表在《科学进展》上，揭示了海洋真核生物(细胞具有细胞核的生物)占主导地位期间生物可用氮的增加。复杂的真核细胞进化成多细胞生物，并被认为开创了地球上生命的全新时代，包括动物、植物和真菌。

“我们今天所处的位置，地球上的生命，是过去发生的所有事件的总和，”沉积地球化学副教授，该论文的合著者Ben Gill说。“这是一个关键事件，我们从主要的原核生态系统 - 比我们体内的细胞简单得多的细胞 - 转变为真核生物。如果没有发生这种情况，我们今天就不会在这里。

之前的研究集中在磷在真核生物崛起中的作用，但地球科学系博士生、该论文的第一作者康俊耀对氮在这次事件中所起的作用感到好奇。

“这些数据是独一无二的，因为从新元古代早期或十亿到800亿年前，氮同位素数据几乎不存在，”康说。

Kang与中国南京大学合作，花了两年时间通过对华北克拉通岩石样本的氮同位素分析来了解推动真核生物崛起的原因。该地区拥有可追溯到3亿年前的岩石，曾经被海洋覆盖。

“我们对真核生物何时在生态上取得成功有一些粗略的想法，”地球生物学教授、论文合著者肖书海说。“它们在那里呆了很长时间，一直处于低调状态，直到大约820.<>亿年前，它们变得丰富。”

康决定要了解原因。他从岩石样本中获取数据，将其输入到一个更大的数据库中，并在跨越不同地理位置的较长时间尺度上对其进行分析。

“一旦我们进行了这种整合并将其放入一个大图景中，我们就看到了硝酸盐随着时间的推移而上升，这发生在大约800亿年前，”康说。

稳固的协作

一种合作的国际方法是将这些新数据与生物事件联系起来的关键，主要是真核生物的兴起。

吉尔和雷切尔·里德(Rachel Reid)也是科学学院的地球化学家，也是该论文的合著者，他们通过资源提供了关键分析，包括弗吉尼亚理工大学地球科学稳定同位素实验室的质谱仪。与质谱仪耦合的元素分析仪使研究人员能够从样品中提取纯氮气进行分析。

吉尔专门重建我们星球上现在和过去的化学循环。他与古生物学家合作，研究地质记录中保存的生命记录，并研究哪些潜在的环境驱动因素可能使历史上的生命发生变化。

里德通常将她的研究重点放在地球最近的事件上，她有一个特殊的机会为这些古老的化石提供她的氮同位素专业知识。

南京大学地球化学家张飞飞是该论文的第四位合著者。张提供了关于在硝酸盐丰度增加期间海洋中有多少氧气的见解。

弗吉尼亚理工大学的所有作者都是弗拉林生命科学研究所全球变化中心的附属成员，Kang担任全球变化界面研究生项目的博士研究员。该中心汇集了来自不同学科的专家，以解决这些复杂的全球挑战并培训下一代领导者。

过去、现在和未来

肖帮助挖掘和研究了一些来自世界各地的最古老的化石，他说这种类型的研究让他对未来的发现充满希望。团队成员期待与NASA合作获得未来的资助，例如支持他们当前研究的外星生物学计划。

他还赞扬弗吉尼亚理工大学的大学图书馆支持开放获取出版物，如科学进展，以提供经过审查的研究选择，免费提供给读者。

“我们可以将古代氮同位素组成的点联系起来，然后进入下一步，推断生物体有多少硝酸盐可用，”肖说。“然后我们将其与化石数据联系起来，以表明存在关系。

虽然古代海洋早已不复存在，但古代海洋中发生的事情被记录在岩石中，研究这些岩石提供了从我们地球的历史到现在和未来的联系。

“地质学家观察岩石的原因与股票交易员在决定出售或购买股票时查看道琼斯曲线的原因相同。用岩石书写的地质历史为我们提供了未来全球变化的重要背景，“肖说。