来自数十亿年前加拿大岩石的线索揭示了一个前所未有的生命损失，甚至比6500万年前恐龙的大灭绝还要严重，当时地球上近四分之三的动植物物种都灭绝了。
这张照片显示的是加拿大哈德逊湾贝尔彻群岛的岩石，博士生马尔科姆·霍奇斯基斯就是从那里收集了重晶石样本，样本的年代在2.02亿年到18.7亿年之间。(图片来源:Malcolm Hodgskiss)
这种灭绝并没有潜行的动物，而是涉及到塑造地球大气层的微小微生物，最终为那些更大的动物的繁衍铺平了道路。
“这表明,即使地球上的生物是由完全的微生物,你仍然可以有什么可以被视为一个巨大的死亡事件,否则不是在化石记录中记录,”马尔科姆Hodgskiss说,该研究的一项新的研究发表在美国国家科学院院刊》上。
看不见的线索
因为这段时期先于复杂的生命，研究人员不能简单地挖掘化石来了解20亿年前的生物。即使是遗留在泥土和岩石中的线索也很难发现和分析。
相反，他们转而研究重晶石。重晶石是从加拿大哈德逊湾的贝尔彻群岛采集的一种矿物，它封装了大气中氧气的记录。这些样本显示，地球的生物圈经历了巨大的变化——地球上被生物体占据的部分——在大约20.5亿年前结束了生命的巨大下降，这也可能与氧气水平下降有关。
“这种地球化学特征被保存下来的事实是非常令人惊讶的，”霍奇斯基说。“这些重晶石的特别之处在于，它们显然有着复杂的历史。”
纵观古代史，我们不仅可以观察到太阳系外行星的大气层，还可以窥见生命在整个存在过程中的可能表现。
斯坦福大学地质科学助理教授埃里克·斯珀林(Erik Sperling)没有参与这项研究，他说:“在研究地球历史的过程中，生物圈的大小一直是我们面临的最大问题之一。”“这项新研究表明，生物圈以及大气中氧气和二氧化碳的含量是如何相互关联的。”
生物学的角度
生命的增殖与大气氧气之间的这种关系，为研究人员提出了“氧气过量”假说的新证据。根据这一理论，古代微生物的光合作用和岩石的风化作用在大气中产生了大量的氧气，后来随着发出氧气的生物体耗尽了海洋中的营养供应，氧气逐渐减少，变得不那么丰富。这种情况与我们今天所知道的地球上稳定的大气形成了鲜明的对比，在那里氧气的产生和消耗是平衡的。研究人员对重晶石中氧、硫和钡同位素的测量支持了这种氧超调假说。
这项研究通过揭示高于或低于地球承受能力的氧气水平的重要生物学后果，帮助科学家完善他们对氧气超标规模的估计。
“其中一些氧气估计可能需要太多的微生物生活在地球6037年代以前的海洋中，”该研究的共同作者、魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)和普林斯顿大学(Princeton University)的博士后彼得·克罗克福德(Peter Crockford)说。“所以我们现在可以开始缩小范围，从生物学的角度来看，大气的成分可能是什么。”
合著者包括来自南京大学、科罗拉多大学博尔德分校和伍兹霍尔海洋研究所的研究人员
这项研究得到了斯坦福大学麦吉和康普顿赠款、北方科学培训计划、NSERC、国家地理、美国哲学学会、美国地质学会和Agouron研究所的支持。
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