地球上最早的生命并不需要“呼吸”氧氣，但是大氣中如果沒有能夠自由呼吸的氧氣,，早期生命除了綠藻也就剩不下什么了。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，通過光合作用產(chǎn)生的氧氣大約于距今24億年前在地球上站穩(wěn)了腳跟,，這幾乎占這顆星球歷史的一半時(shí)間。然而新的實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果卻對這一“大氧化事件”的姍姍來遲提出了挑戰(zhàn),。
一直有研究人員相信,，氧氣在30億年前便已出現(xiàn)在地球上，但是2000年,，美國學(xué)院公園市馬里蘭大學(xué)的地質(zhì)化學(xué)家James Farquhar發(fā)明了一種與硫同位素有關(guān)的非常棒的技術(shù),，將這一大氧化事件的發(fā)生年代定格在距今24億年前。在一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中,，相同元素的不同同位素的比例會(huì)發(fā)生變化,。通常情況下，這些變化依賴于同位素的質(zhì)量,。然而Farquhar發(fā)現(xiàn),，在距今24億年前，3種硫同位素之間的同位素變化卻不依賴于同位素的質(zhì)量,。就像人們所知道的那樣,，這種非質(zhì)量分餾（MIF）只有在無氧大氣中進(jìn)行太陽紫外輻射時(shí)才能夠?qū)崿F(xiàn)，同時(shí)MIF硫在距今24億年之后便消失不見了,。
然而理論學(xué)家最近提出了另一種可能的解釋——MIF硫還可能存在于炙熱的固體蛋白質(zhì)中,。在一項(xiàng)新研究中，美國大學(xué)公園城賓夕法尼亞州立大學(xué)的地質(zhì)化學(xué)家Hiroshi Ohmoto和Yumiko Watanabe嘗試著調(diào)查了這種可能性,。他們和Farquhar——主要負(fù)責(zé)完成關(guān)鍵的同位素分析工作——報(bào)告說,，在模擬地球早期更為猛烈的溫泉條件下，兩種氨基酸能夠非常少量地產(chǎn)生MIF現(xiàn)象,。研究人員在4月17日出版的美國《科學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果,。
這篇論文在一段措辭謹(jǐn)慎的結(jié)論中提出,，新發(fā)現(xiàn)的反應(yīng)模式又重開了地球早期氧化的時(shí)間問題。如果無氧大氣并非MIF硫的唯一來源,，那么氧氣很可能在MIF信號(hào)消失之前便已存在于地球的大氣中,。Ohmoto強(qiáng)調(diào)：“這至少是一種我們應(yīng)該加以考慮的可能性。”就個(gè)人而言,，他說,，“我認(rèn)為我們?nèi)〉玫倪@些發(fā)現(xiàn)符合了我多年前說過的話”，即氧氣的出現(xiàn)要比人們的估算提前了數(shù)億年的時(shí)間,。另一方面,，F(xiàn)arquhar依然認(rèn)為，MIF信號(hào)的消失“更有可能”標(biāo)志著大氣中的氧氣出現(xiàn)的最早時(shí)間,。
其他許多專家則傾向于支持Farquhar,，他們指出，實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果太小了——僅僅占在地質(zhì)記錄中發(fā)現(xiàn)的MIF總量的10%,，并且對于溫泉反應(yīng)為何在距今24億年前突然中斷也缺乏一個(gè)令人信服的解釋,。美國劍橋市麻省理工學(xué)院的地質(zhì)化學(xué)家Shuhei Ono指出：“我認(rèn)為這一時(shí)間（距今24億年前）依然很有可能是大氣中的氧氣的起源時(shí)間，因此當(dāng)前有關(guān)早期無氧大氣的概念依然站得住腳,。”（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原始出處：
Science 17 April 2009:DOI: 10.1126/science.1169289
Anomalous Fractionations of Sulfur Isotopes During Thermochemical Sulfate Reduction
Yumiko Watanabe,1* James Farquhar,2 Hiroshi Ohmoto1
Anomalously fractionated sulfur isotopes in many sedimentary rocks older than 2.4 billion years have been widely believed to be the products of ultraviolet photolysis of volcanic sulfur dioxide in an anoxic atmosphere. Our laboratory experiments have revealed that reduced-sulfur species produced by reactions between powders of amino acids and sulfate at 150° to 200°C possess anomalously fractionated sulfur isotopes: Δ33S = +0.1 to +2.1 per mil and Δ36S = –1.1 to +1.1 per mil. These results suggest that reactions between organic matter in sediments and sulfate-rich hydrothermal solutions may have produced anomalous sulfur isotope signatures in some sedimentary rocks. If so, the sulfur isotope record of sedimentary rocks may be linked to the biological and thermal evolution of Earth in ways different than previously thought.
1 The NASA Astrobiology Institute and Department of Geosciences, Pennsylvania State University, University Park, PA 16802, USA.
2 Department of Geology and Earth System Science Interdisciplinary Center, University of Maryland, College Park, MD 20742, USA.
