探索地球首个可呼吸大气的形成之迷的科学家们已经将研究重点锁定在一些非常朴实的生物——浮游生物——在其中扮演的重要角色上。

即将在线出版的《美国国家科学院院刊》早版上将刊登来自俄亥俄州立大学的研究人员 Matthew Saltzman及其同事的一篇科研文章。文章将揭示五亿年前浮游生物是如何在大气和存于岩石中的化学同位素之间建立起至关重要的联系的。

该研究建立于该研究团队早先的一项发现之上，即五亿年前，地壳隆起引发了一种温室效应逆转，导致海洋降温及大型浮游生物繁殖旺盛，并将大量氧气送入大气。

而新研究揭示了寒武纪时期氧气如何从地球的原始大气中消失，之后又如何以前所未有的高浓度水平重返大气的细节。

研究还提示了这些在大量消失后重回大气的氧气是如何让巨量的新生命繁盛起来的。

Saltzman和他的团队计算出了当时释放到大气中的氧气量，并将原始海洋中的磷的数量和大气中的氧气及二氧化碳直接联系起来。

最终，他们获得了一个关于极度混沌时期的地球上的生命的更清晰的影像。

“我们知道，在寒武纪时期，海洋中的氧气水平急剧下降［一种被称为缺氧的情况］，而那与全球大灭绝的时期不谋而合。”俄亥俄州立大学的地球科学副教授Saltzman说。

就在上个月出版的《自然》期刊上，同一组研究人员发表文章，提供了证明缺氧现象同样延伸到了浅水区的第一份地球化学证据。

“我们还不知道为什么缺氧现象会在全球传播。我们可能永远也不会知道。”Saltzman说，“但是，在地球的历史上曾有过许多别的大灭绝事件，除了那些由陨石撞击引起的以外，其它的类似事件很可能都同这一大灭绝有以下共通的部分——大气和海洋中的氧气和二氧化碳平衡发生了改变。”

“通过了解那时的情况，我们可以提高自己对目前大气中发生的一切的认识。”

五亿年前，某件事或某样东西让氧气重回到海洋和大气中。而此项研究暗示，被称为浮游生物的微小植物和动物生命形式就是那个关键所在。

浮游生物也许处于今天我们食物链的最底端，但在那时，他们统治着整个星球。当时，陆地上并没有生命，而海洋中除了大量的三叶虫外，也没有更丰富多样的生命形式。

直到一种科学家称之为“斯特普托期同位素正漂移”（SPICE）的地质事件出现，生命才呈现出多样化的形式。在以往的研究中，Saltzman和他的合作者发现，SPICE事件是由于海洋沉积物中大量有机物的积聚，从而导致二氧化碳从大气中被移除，并释放出氧气。

浮游生物的细胞遇到越多的氧，它们就变得更倾向于选择二氧化碳中碳的轻同位素，并将其吸收进体内。

研究人员对美国中部、澳大利亚内陆及中国的岩石中发现的浮游生物化石中的同位素进行了测量，结果断定SPICE事件与浮游生物多样性爆发，即众所周知的“浮游生物革命”大致发生在同一时期。

“氧气量出现了反弹，生命的多样性也是。”Saltzman解释说。

其他研究人员也曾经尝试测量寒武纪时期大气中的氧气含量，但是他们的结论差别很大，从个位数的百分比到15－20％不等。

如果更高的推测值是正确的话，那么SPICE事件应该曾将氧气含量提升到了30％以上——或者比今天的21％更高，达到近50％。

这项研究为这一课题提供了新的视角。

“我们成功地将独立的各类证据联系在了一起，证明了如果SPICE事件以前的整体氧气含量在5－10％左右，那么SPICE以后的氧气含量第一次超过了当代的水平。”Saltzman说。

这一研究与当代地球工程学也有一定关系。科学家已经开始探索防止气候变化的方法，而改变海洋中的化学成分或可帮助移除二氧化碳，重建大气平衡。原始质朴的浮游生物将是这一平衡过程中不可缺少的部分，他说。

“谈起原始生命，浮游生物听起来并没有恐龙那么让人兴奋，但是他们在这个故事中非常关键。”