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難聞阿摩尼亞竟為 27 億年前地球生命演化關鍵

2019/5/23 — 10:41

地球最初的生命很有可能是依賴氮及磷這些來自岩石與大氣的關鍵元素而存活,因為它們都是製造 DNA 與蛋白質的必需品。不過,隨著地球表面化學成份改變,這些元素的含量亦有波動。

最新刊於《自然地質科學》的研究則試圖了解,這些元素如何直接影響令大氣氧氣水平增加,以及早期生命如何應對地球的化學改變。

地球歷史上最根本性變化是含氧光合作用被演變出來,為地球生物圈提供碳源,亦向大氣提供氧源,大氣氧濃度則在 23 億年前的大氧化事件 (Great Oxygenation Event, GOE) 達到頂峰。

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儘管養分對生命起著至關重要的作用,但人類尚未充分了解 GOE 前海洋的氮、磷量多寡,尤其是這些元素如何推動或影響地球變得有更多氧氣。

團隊利用一個來自津巴布韋、保存極為良好的 27 億年頁岩化石樣本進行分析,該化石含光合作用證據,因此可研究地球早期的氮循環,以及地球氧氣量開始增多時地球生物的反應。

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27億年前,研究小組利用與早期的含氧光合作用證據相關的保存完好的岩石樣本,研究地球早期的氮循環,以破譯與行星氧化初始階段相關的反饋。

有份參與研究的雪城大學地質化學家 Christopher Junium 指,這種遠古年代的化石,通常經歷多年的地質活動加熱變形,當中的生命訊號早已消失,然而樣本卻保留了 GOE 前海洋曾累積大量俗稱阿摩尼亞的銨 (Ammonium) 的證據,而大量的銨意味著為生物圈提供充足的氮,以及幫助生物製造氧氣。

雖然阿摩尼亞廣泛存在於人類的清潔品,亦有難聞氣味,但領導研究的 Aubrey Zerkle 指,阿摩尼亞可能對第一批製造氧氣的生物來說是豐富的自助餐,亦是地球大改造的重要物質。

研究除了令學界更了解地球初期增氧時氮循環角色外,亦可讓學者窺探其他元素的反應。另外,由於真正顯著有更多的氧氣時代是 23 億年前,團隊相信中間的 4 億年也有如磷在生命演化速度增加與阿摩尼亞有同樣關鍵作用。

來源:
Phys.org, Ammonium fertilized early life on Earth: study, 21 May 2019

報告:
Moore, K.M., Can, H., Bloxham, J. & et al. (2019). Ammonium availability in the Late Archaean nitrogen cycle. Nature Geoscience. doi: 10.1038/s41561-019-0371-1

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

 

 

 

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