弗吉尼亚理工大学地球科学家团队揭示8亿年前生命进化过程

　　硝酸盐对藻类、花卉，甚至你的邻居都有责任吗?弗吉尼亚理工大学的一组地球科学家挖掘出了可能表明答案是肯定的证据。

从华北克拉通采集的碳酸盐岩样品。图片来源：Christina Franusich 为弗吉尼亚理工大学拍摄的照片

　　该团队最近发表在《科学进展》杂志上的研究结果表明，在海洋真核生物(细胞具有细胞核的生物体)占主导地位的时期，生物可用氮增加了。复杂的真核细胞进化成多细胞生物，并被认为开创了地球上生命的全新时代，包括动物、植物和真菌。

　　“我们今天所处的位置，地球上的生命，是过去发生的所有事件的总和，”沉积地球化学副教授、该论文的合著者本吉尔说。“这是一个关键事件，我们从占主导地位的原核生态系统——比我们体内的细胞简单得多的细胞——转变为真核生物。如果那没有发生，我们今天就不会在这里。”

　　之前的研究主要集中在磷在真核生物兴起中的作用，但地球科学系博士生、该论文的第一作者康俊耀对氮在这一事件中所起的作用感到好奇。

　　“这个数据是独一无二的，因为氮同位素数据在新元古代早期或 10 亿至 8 亿年前几乎不存在，”康说。

　　通过与位于中国南京的南京大学合作，Kang 花了两年时间通过对华北克拉通岩石样本的氮同位素分析来了解是什么推动了真核生物的兴起。该地区是 38 亿年前岩石的家园，曾经被海洋覆盖。

　　“我们对真核生物何时在生态上取得成功有了一些粗略的想法，”地球生物学教授、论文合著者肖树海说。“他们在那里低调地存在了很长一段时间，直到大约 8.2 亿年前，他们变得丰富起来。”

　　康决定他想知道为什么。他从岩石样本中获取数据，将其输入更大的数据库，并在跨越不同地理位置的更长时间范围内对其进行分析。

　　“一旦我们进行了这种整合并将其放在一个大局中，我们就会看到硝酸盐随着时间的推移而增加，这发生在大约 8 亿年前，”康说。

　　坚实的合作

　　协作的国际方法是将这些新数据与生物事件联系起来的关键，尤其是真核生物的兴起。

　　Gill 和 Rachel Reid 也是科学学院的地球化学家，也是该论文的合著者，他们通过资源提供了批判性分析，包括弗吉尼亚理工大学地球科学稳定同位素实验室的质谱仪。与质谱仪耦合的元素分析仪使研究人员能够从样品中提取纯氮气进行分析。

　　Gill 擅长重建我们星球上现在和过去的化学循环。他与古生物学家合作研究地质记录中保存的生命记录，并研究哪些潜在的环境驱动因素可能在历史上促成了生命的变化。

　　里德通常将她的研究重点放在地球上最近发生的事件上，她有一个特殊的机会向这些古代化石提供她的氮同位素专业知识。

　　南京大学地球化学家张飞飞是该论文的第四位合著者。张提供了关于在硝酸盐丰度增加期间海洋中有多少可用氧气的见解。

　　弗吉尼亚理工大学的所有作者都是 Fralin 生命科学研究所全球变化中心的附属成员，Kang 担任博士。全球变化界面研究生项目研究员。该中心汇集了来自不同学科的专家，以解决这些复杂的全球挑战并培养下一代领导者。

　　过去、现在和未来

　　曾帮助挖掘和研究世界各地一些最古老化石的肖说，这种类型的研究让他对未来的发现充满希望。团队成员期待与 NASA 就未来的资助进行合作，例如支持他们当前研究的外星生物学计划。

　　他还感谢弗吉尼亚理工大学图书馆支持开放获取出版物，如科学进展，以提供经过审查的研究选择，免费提供给读者。

　　肖说：“我们可以将古代氮同位素组成中的点联系起来，然后进行下一步并推断生物体可利用的硝酸盐量。”“然后我们将其与化石数据联系起来，以表明存在关系。”

　　虽然古代海洋早已不复存在，但古代海洋中发生的事情都记录在岩石中，研究这些岩石提供了从我们地球的历史到现在和未来的联系。

　　“地质学家看岩石的原因与股票交易员在决定买卖股票时看道琼斯曲线的原因相同。写在岩石上的地质历史为我们提供了未来全球变化的重要背景，”肖说。