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科學(xué)家通過研究疊層石化石，發(fā)現(xiàn)了地球生命早期演化的重大線索。研究團(tuán)隊(duì)在英國《自然-通訊》雜志上發(fā)表報告指出，約27.5億年前，海底火山活動和地?zé)嵊苛鲗⒋罅夸@元素輸送至海洋表層，隨后通過一系列化學(xué)過程為微生物提供了必要的氮元素。這種環(huán)境變化可能促進(jìn)了海洋生物的進(jìn)化，并為隨后發(fā)生的"大氧化事件"奠定了基礎(chǔ)。

疊層石是地球歷史上最古老的化石之一，主要由藍(lán)細(xì)菌等微生物沉積形成，記錄了地球生命活動的早期階段。研究團(tuán)隊(duì)通過對津巴布韋南部出土的疊層石樣本進(jìn)行分析，利用氮-15同位素含量進(jìn)行追蹤，揭示了遠(yuǎn)古氮循環(huán)的運(yùn)作機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)不僅為理解地球生命起源提供了關(guān)鍵證據(jù)，也對研究"大氧化事件"的觸發(fā)機(jī)制具有重要意義。

氮元素是地球大氣中最 abundant 的元素之一，廣泛存在于動植物體內(nèi)，尤其是蛋白質(zhì)中。在地質(zhì)學(xué)中，硝酸鹽是最重要的一類含氮礦物。氮有兩種天然同位素，其中氮-14的豐度超過99%。

在自然界中，生物對兩種氮同位素的偏好存在顯著差異。陸生微生物主要吸收大氣中的氮元素，因此在陸地有機(jī)物中，氮-14的含量顯著高于氮-15；而在無氧條件下活動的海洋微生物通過反硝化作用將硝酸鹽/亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為一氧化氮和氮?dú)?，這些過程使得表層海洋中的氮-14含量相對較高，而深海區(qū)域的氮-15含量則更高。此前研究顯示，在28億年前至26億年前形成的地質(zhì)沉積物中，氮-15含量異常高，這一現(xiàn)象與微生物的繁榮發(fā)展存在密切關(guān)聯(lián)。

新研究顯示，這批疊層石的形成時間大約在27.5億年前至27.3億年前，其氮-15含量顯著高于標(biāo)準(zhǔn)值，這一特征與當(dāng)時地球環(huán)境的特征完全吻合；而在同時期的深海頁巖中，氮-15的含量則低于標(biāo)準(zhǔn)值。在這一時期，地球表面的絕大多數(shù)區(qū)域仍處于海洋中，海底地幔的翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致了劇烈的火山活動和海底熱液活動。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，海底熱液活動和火山活動共同作用，將富含銨的深海海水抬升至表層區(qū)域，并帶來了大量銅、鉬、鋅等對微生物生長極為有益的元素。這些條件的改善為淺海微生物的進(jìn)化提供了理想環(huán)境，而微生物的光合作用則為隨后的大氧化事件的發(fā)生奠定了基礎(chǔ)，并可能促進(jìn)了海洋生物的進(jìn)化和生物多樣性的形成。

在早期大氣中，游離氧含量為零，微生物通過光合作用產(chǎn)生的氧氣很快被還原性物質(zhì)消耗和破壞。大約在26億年前，大氣中的游離氧含量突然增加，這一變化極大地重塑了地球的環(huán)境和生物圈的演替歷程。而海洋微生物的繁榮被認(rèn)為與這一氧氣的增加密切相關(guān)。

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