解密早期地球海洋磷循环演化 四川这所高校的研究登上《自然》 - 海洋地球化学循环研究进展

来源：【四川日报-川观新闻】

川观新闻记者 燕巧

5月31日，成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室、沉积地质研究院、沉积与生物地球化学国际研究中心李超教授研究团队在Nature（国际权威学术期刊《自然》）上在线发表题为“解密埃迪卡拉纪磷循环”的重要研究成果。

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李超（前排中间）团队。图片来源成都理工大学官网

该成果利用自研技术重建了地球地质历史关键期埃迪卡拉纪古海洋生命营养元素磷含量波动，发现了早期缺氧海洋磷含量波动和海洋氧化程度之间具有不同于现代海洋的解耦关系，提出了外部因素是古海洋实现氧化的原始驱动力假说，极大深化了人类对于地球宜居性演化和复杂生命演化规律的理解。

简而言之，这项研究成果有助于解答复杂生命“从哪里来”的问题。

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众所周知，我们生活的地球，包括海洋生物在内，绝大部分复杂生物的生存都离不开氧气。地球距离形成之始已有约46亿年，而在距今5.39亿年以前的前寒武纪，那时的海洋氧气含量极低，几乎没有多少复杂真核生命存在。

此前，科学家提出，生物演化是从海洋到陆地，并反复论证寒武纪生物大爆发。那么，在距今6.35亿—5.39亿年之间埃迪卡拉纪——前寒武纪的最后一个阶段，海洋究竟发生了什么，以至于到现在都维持了富氧状态？

研究的突破口从磷元素入手。

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现代海洋之所以能够处在一个相对稳定的氧化世界，原因就在于磷和氧气之间，存在一种耦合循环的负反馈机制：就是海洋中氧气越多，生物可利用的溶解磷越少。与之对应，当海洋氧含量降低时，沉积物中的磷会被再活化而回到海洋中，从而增加海洋生产力和氧气产量，阻止海洋进一步缺氧。

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这种循环平衡的模式，很大程度上将现代海洋锁定在了一个相对稳定的氧化世界里，使地球上的复杂生命得以进化繁衍。

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富氧的现代海洋存在这种磷氧耦合循环机制，那么，以缺氧分层为主要特征的前寒武纪海洋，是否也存在这种机制呢？

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这一问题困扰学术界多年，也正是李超团队想要探索的关键问题。

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团队经过不断尝试研究表明，在埃迪卡拉纪的古海洋中，磷含量的变化与海洋的氧化程度是解耦的，也就是不存在现代海洋中那种负反馈机制。这种磷氧循环的解耦关系将前寒武纪的海洋系统牢牢锁定在了一种稳定的缺氧状态，这解释了为什么占地球演化历史超过80%的前寒武纪能够一直稳定处于主体缺氧状态。

排除掉海洋内部的原因，团队提出了外部因素是古海洋实现氧化的原始驱动力假说：埃迪卡拉纪时期古海洋的氧化很可能是因为地质构造运动增强了大陆风化，让大量陆地风化起源的氧化剂、营养盐输入海洋引起的。日积月累，沧海桑田，量变终于引起质变，海洋逐渐氧化，复杂生命，特别是动物也开始逐步崛起了。

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