地球历史上的大气氧气水平"剧烈波动"可能加速了动物的进化

地球历史上的大气氧气水平"剧烈波动"可能加速了动物的进化不确定的是在第二阶段发生了什么，在一个被称为新近纪的时代，大约10亿年前开始，持续了大约5亿年，在此期间出现了早期的动物生命形式。科学家们试图回答的问题是--在新近纪时代，氧气水平的变化是否有什么特别之处，可能在动物的早期进化中起到了关键的作用--氧气水平是突然上升还是逐渐增加的？早期动物的化石痕迹--被称为震旦纪生物群，需要氧气的多细胞生物--已经在5.41至6.35亿年前的沉积岩中被发现。加拿大MistakenPoint生态保护区的早期动物化石记录。资料来源：Emily博士/G.Mitchell-剑桥大学为了尝试回答这个问题，利兹大学的一个研究小组在里昂大学、埃克塞特大学和伦敦大学的支持下，利用对从浅海采集的石灰岩中发现的不同形式的碳，或碳同位素的测量。根据发现的不同类型的碳的同位素比率，研究人员能够计算出数百万年前存在的光合作用水平，并推断出大气中的氧气水平。计算结果中已经能够产生过去15亿年来大气中的氧气水平记录，这告诉我们有多少氧气会扩散到海洋中以支持早期海洋生物。在利兹大学地球与环境学院完成其博士学位的生物地球化学模型专家AlexKrause博士是该项目的首席科学家，他说这些发现为地球上氧气水平的变化方式提供了新的视角。他补充说："早期的地球，在其存在的前20亿年中是缺氧的，大气中没有氧气，随后氧气水平开始上升，这就是所谓的大氧化事件。直到现在，科学家们一直认为，在大氧化事件之后，氧气水平要么很低，然后在我们看到第一批动物进化之前猛然上升，要么在动物出现之前，氧气水平已经升高了持续数百万年。"但我们的研究显示，氧气水平的变化要大得多。在早期动物生命形式出现之前的很长一段时间里，氧气水平在高和低之间震荡。我们看到，早期动物生活的海洋环境会有丰富的氧气，然后又经过了一段没有氧气的时期。"领导利兹大学地球进化模型小组并监督该项目的本杰明-米尔斯博士说。"这种环境条件的周期性变化会产生进化的压力，一些生命形式可能已经灭绝，而新的生命形式可能出现。"米尔斯博士说，含氧量高的时期扩大了所谓的"宜居空间"--海洋中氧气水平高到足以支持早期动物生命形式的部分。"在生态学理论中已经提出，当你有一个正在扩张和收缩的宜居空间时，这可以支持生物生命的多样性的快速变化。当氧气水平下降时，对一些生物有严重的环境压力，这可能会推动生物的灭绝。 而当富含氧气的水域扩大时，新的空间允许幸存者上升到生态主导地位。这些扩大的宜居空间将持续数百万年，为生态系统的发展提供充足的时间。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337057.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337057.htm

研究认为地球上的生命并非如教科书中描述的那样由氧气大量催生

研究认为地球上的生命并非如教科书中描述的那样由氧气大量催生大爆发后，生物多样性突然激增，海海绵和其他复杂的多细胞生物取代了较为简单的单细胞生物。以前有人推测，进化复杂性的这一重大飞跃是由氧气含量的增加引发的。然而，哥本哈根大学与伍兹霍尔海洋研究所、南丹麦大学和隆德大学等机构合作开展的最新研究却推翻了这一观点。通过分析来自阿曼山脉的古老岩石样本的化学成分，研究人员能够"测量"出这些多细胞生物出现时世界海洋中的氧气浓度。与预期不同的是，结果显示地球上的氧气浓度并没有增加。事实上，氧气浓度仍然比现在低5-10倍，这大约是珠穆朗玛峰两倍高度的氧气含量。"我们的测量结果很好地描述了当时世界海洋中的平均氧气浓度。我们可以清楚地看到，当更高级的动物开始进化并主宰地球时，氧气量并没有大幅增加。"克里斯蒂安-J.-比耶鲁姆（ChristianJ.Bjerrum）副教授说："事实上，氧气略有减少。"这项新成果结束了长达70年的研究故事，该故事推进了高浓度氧气在我们星球上更高级生命发展过程中的中心地位。研究人员说："我们现在非常肯定地知道，氧气并没有控制地球上生命的发展，这为我们提供了一个全新的故事，让我们了解生命是如何产生的，以及是什么因素控制了生命的成功：具体来说，这意味着我们需要重新思考很多我们从小就认为是正确的事情。教科书也需要修订和重写。"研究人员还有很多不了解的地方，同时也存在大量争议。因此，比耶鲁姆希望这项新成果能促使世界各地的其他研究人员从新的角度重新考虑他们之前的成果和数据。"全世界有很多研究部门，包括美国和中国的研究部门，都在这个课题上做了很多研究，如果在氧气没有推动生命发展的基础上进行解读，他们之前的研究成果可能会揭示出重要的新细节，"研究员说。在这项新研究中，研究人员分析了来自阿曼北部阿曼山等地的岩石样本。虽然这些山脉今天相当高而且非常干燥，但在阿瓦隆大爆发生物多样性迅速绽放的时期，这些山脉却位于海底。研究人员的发现已在全球三个不同山脉的化石中得到证实：阿曼山脉（阿曼）、麦肯齐山脉（加拿大西北部）和中国南方的长江三峡地区。随着时间的推移，陆地上的粘土和沙子被冲入大海，在海底沉积成层。通过深入这些地层并检查其化学成分，研究人员可以了解特定地质时期的海洋化学情况。研究人员利用在山脉中发现的铊和铀同位素进行分析，从中提取数据，从而计算出数亿年前的氧气含量。那么，如果不是额外的氧气，是什么引发了这个时代的生命大爆发呢？研究人员解释说，也许恰恰相反："有趣的是，多细胞生物的爆发发生在大气和海洋氧气浓度较低的时期。"克里斯蒂安-J-比耶鲁姆说："这表明，生物受益于较低的氧气水平，能够在平静中发展，因为水的化学性质自然地保护了它们的干细胞。"据该研究员称，在癌症研究、人类和其他动物的干细胞中也研究过同样的现象。在这里，隆德大学的同事们观察到，在生物体决定细胞应该发育成特定类型的细胞（如肌肉细胞）之前，低氧水平对保持干细胞处于受控状态至关重要。"我们知道，动物和人类必须能够维持低浓度的氧气，才能控制干细胞，从而缓慢、可持续地发育。如果氧气过多，细胞就会发育不良，在最坏的情况下，细胞会疯狂变异并死亡。"ChristianJ.Bjerrum总结说："这种机制在当时的应用远非不可想象。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373839.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373839.htm

寒武纪SPICE事件引发的海洋氧气崩溃与现代海洋系统中的问题相似

寒武纪SPICE事件引发的海洋氧气崩溃与现代海洋系统中的问题相似哥本哈根大学的研究人员揭示了寒武纪的"SPICE"事件是如何通过海洋沉积物中磷的循环链式反应导致海洋氧气严重耗竭的。这项研究强调了这些古老机制与当今海洋系统的相关性，敦促人们需要了解养分动态，以管理和保护现代海洋生态系统，尤其是沿海地区的生态系统。5亿年前，所谓的寒武纪"SPICE"事件使海洋中的氧气含量急剧下降。现在，哥本哈根大学的研究人员研究了在这一事件中如何形成大规模海洋缺氧（即缺氧状态）及其对今天的潜在影响。研究人员在6月21日发表在《OneEarth》杂志上的题为"海洋中氧气逐级向岸边流失--来自寒武纪SPICE事件的启示"的研究报告中发现，海洋沉积物中磷的循环链式反应在海洋中氧气含量下降的过程中发挥了关键作用。"在缺氧条件下，磷会更有效地从沉积物中释放出来，这进一步降低了氧含量，并在全球范围内扩大了缺氧现象，"该研究的资深作者、全球研究所副教授泰斯-W-达尔（TaisW.Dahl）说。他补充说："这种自我放大的循环导致海洋缺氧现象迅速而持久地发展。该研究警告说，在当今的海洋中，这种反馈循环仍然隐约可见，人类活动可能会影响营养物质的动态变化，从而增加引发层叠缺氧条件的风险。沿海地区尤其容易出现缺氧现象，这种现象可能会在更大范围内蔓延"。虽然由于磷资源有限和大气含氧量较高，全球范围的缺氧目前还不构成直接威胁，但这项研究强调了了解营养动态和沉积过程的重要性，尤其是在沿海地区。这些见解对于管理海洋生态系统及其常驻动物物种的健康至关重要。通过比较古代和现代海洋系统，这项研究为了解当今海洋化学的潜在演变提供了宝贵的见解。该研究强调历史背景的重要性，旨在改进预测模型并指导政策决策，以保护海洋生态系统并确保其在持续的环境变化中的恢复能力。编译自/scitechdailyDOI:10.1016/j.oneear.2024.05.011.www.cell.com/one-earth/fulltex…2590-3322(24)00254-9...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435655.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435655.htm

隐藏在地壳深处的古代生命氧气来源被发现

隐藏在地壳深处的古代生命氧气来源被发现纽卡斯尔大学的科学家们在地壳深处发现了一个氧气来源，它可能在光合作用出现之前影响了生命的进化。这个开创性的研究项目发现了一种机制，可以在地质断层的运动中从岩石中产生过氧化氢。这项研究由纽卡斯尔大学自然与环境科学学院领导，今天（8月8日）发表在《自然通讯》杂志上。虽然高浓度的过氧化氢可能对生命有害，但它也可以为微生物分解出有用的氧气来源。这种额外的氧气来源可能影响了早期地球上在光合作用进化之前的高温环境中的生命的早期进化，甚至可能是起源。地表下岩石压裂的条件研究人员能够利用实验室中的小瓶模拟出地下岩石断裂的一些关键条件。代表海洋和大陆地壳的岩石在氮气下被粉碎，加入无氧水中，然后被加热。资料来源：JonTelling/JordanStone/纽卡斯尔大学在构造活跃的地区，地壳的运动不仅产生地震，而且使地表下充满了裂缝和断裂。这些裂缝内有高度反应性的岩石表面，含有许多不整齐的地方，水可以从裂缝处向下过滤，并与新断裂的岩石上的这些缺陷发生反应。硕士生JordanStone在实验室里通过粉碎花岗岩、玄武岩和橄榄岩来模拟这些条件--这些岩石类型可能存在于早期地壳中。然后在良好控制的无氧条件下，将这些岩石添加到不同温度的水中。生命和氧气的历史该研究调查了与地质断层有关的活性氧的来源；在蓝细菌为地球大气提供氧气之前，这是一个潜在的氧气来源。这种活性氧可能在生命从无氧世界进化到有氧世界的过程中发挥了作用，并在生命起源之前对地下裂缝的生物化学做出了贡献。资料来源：JonTelling/JordanStone/纽卡斯尔大学实验显示，大量的过氧化氢--以及因此可能产生的氧气--只有在接近水的沸点的温度下才会产生。重要的是，过氧化氢形成的温度与地球上一些最喜欢热的微生物的生长范围相重叠，这些微生物被称为嗜热菌，包括靠近宇宙生命树根部的进化的古代用氧微生物。作为环境地球科学研究硕士的一部分进行这项研究的主要作者JordanStone说。"虽然以前的研究表明，少量的过氧化氢和其他氧化剂可以通过在没有氧气的情况下对岩石的压力或粉碎而形成，但这是第一个表明高温在最大限度地生成过氧化氢方面至关重要的研究。"主要作者JordanStone在英国纽卡斯尔大学环境地球科学硕士课程中进行了这项研究，他设置了其中一个实验。信用：JonTelling/JordanStone/纽卡斯尔大学首席研究员、高级讲师JonTelling博士补充说："这项研究表明，碎石和矿物上的缺陷与你所期望的更'完美'的矿物表面的反应方式可能非常不同。所有这些机械化学反应需要产生过氧化氢，从而产生氧气，是水、破碎的岩石和高温，这些在光合作用演化之前都存在于早期地球上，并且可能影响到热的、地震活跃地区的化学和微生物学，在那里生命可能首先演化。"...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1302043.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1302043.htm

研究：南极深海洋流放缓 深海含氧量降低

研究：南极深海洋流放缓深海含氧量降低澳大利亚南极科学卓越中心参与的一项新研究显示，受全球变暖影响，自1990年代以来，南极洲部分地区周围的深海洋流已减缓30%，这导致全球深海氧气含量降低。新华社报道，新研究由澳南极科学卓越中心、联邦科学与工业研究组织等机构合作完成。澳洲南极科学卓越中心日前发布公报说，由于全球变暖导致南极冰盖融化，融水使南极附近海域海水盐度降低，这使得高密度且富含氧气的南极底层水的量减少，从而减缓了南极附近的深海洋流。与此相关的海平面上升、深海含氧量降低等影响可能在未来几个世纪内持续。南极底层水是南极海域水深3000米之下低温高密度的底层流动水体。据公报介绍，南极底层水是全球洋流的重要组成部分，参与了热量、碳、氧气和营养物质在全球范围内的运送。论文通讯作者、澳联邦科学与工业研究组织环境部门的研究人员冈恩说，此前科学家对深海观测较少，“我们开发了一种新方法，将各种观测结果与逼真的模型模拟相结合，以获得近几十年来南极洲附近深海洋流变化的初步估计”。参与研究的澳联邦科学与工业研究组织环境部门研究人员林图尔说，人们已熟知南极冰盖融化会导致海平面上升。这项新研究还表明，南极洲冰盖融化的影响一直延伸到深海，会影响到海洋化学成分。研究人员认为，在南极冰盖受全球变暖的影响下，预计南极洲周围水域盐度降低的过程将持续甚至加速。因此，深海洋流放缓及深海含氧量下降也将持续，这种变化已经显著改变了深海的结构和化学成分。相关论文已发表在英国《自然·气候变化》杂志上。

研究发现呼吸过多的氧气容易导致人类健康问题

研究发现呼吸过多的氧气容易导致人类健康问题AlanBaik是格拉德斯通研究所IshaJain实验室团队的一员，该团队发现了为什么高浓度的氧气会导致人类的持久问题。资料来源：迈克尔-肖特/格拉德斯通研究所格莱斯顿研究所最近的一项研究揭示了过量的氧气水平如何改变我们细胞内的某些含铁和含硫的蛋白质，类似于铁生锈的过程。结果，这些"生锈"的蛋白质引发了连锁反应，对细胞和组织造成损害。这项研究已经发表在《分子细胞》杂志上，阐明了对心脏病发作和睡眠呼吸暂停等疾病的影响。"这项研究使我们能够为高氧状态下发生的事情制定一个非常具体的时间表，"新研究的资深作者、格拉德斯通助理研究员IshaJain博士说。"结果完全不是我们所期望的，但现在知道这一系列事件是如何展开的，这非常有趣和令人兴奋。"一个未被充分研究的问题在高水平上，氧气对每一种生命形式都是有毒的，从细菌和植物到动物和人。当然，氧气不足也是致命的；有一个中间的"Goldilocks"量，在这个量下，地球上的大多数生命都能茁壮成长--不是太多，也不是太少。虽然临床医生长期以来一直在研究氧气短缺如何影响细胞和组织的细节（例如，在心脏病发作和中风中），但对氧气过量的影响的研究却相对不足。Jain实验室的博士后学者、加州大学旧金山分校（UCSF）的心脏病专家AlanBaik博士说："多年来，医学教学认为，在某种程度上，在治疗心脏病发作等疾病的病人时，更多更纯的氧气是更好的，或者至少是良性的。但现在已经有越来越多的临床研究表明，过量的氧气实际上导致了更糟糕的结果。这促使我们更好地了解为什么过量的氧气会有毒性"。例如，最近的研究显示，呼吸过多的补充氧气可能对心脏病患者和早产婴儿有害。同样，在阻塞性睡眠呼吸暂停症中，呼吸暂停后突然爆发的氧气已被证明是该疾病如何增加患者的慢性健康问题风险的一个关键组成部分。然而，这些影响的机制仍然是模糊的。许多研究人员认为，活性氧--不稳定和高活性的氧衍生物，可以损害我们的基因组和我们细胞中的许多分子--可能在高氧症中发挥了作用，但几乎没有证据表明过量的氧气如何影响特定的酶和途径。CRISPR如何找到了答案Jain的研究小组--包括Baik、博士后GalihHaribowo和研究生KirstenXuewenChen（他们是新论文的共同第一作者）--求助于基因组编辑技术CRISPR来测试各种基因在高氧症中的作用。利用CRISPR，研究人员从实验室中生长的人类细胞中一次删除了2万多个不同的基因，然后比较每组细胞在21%的氧气和50%的氧气下的生长情况。Jain说："这种无偏见的筛选让我们探究了高氧环境下数千条不同途径的贡献，而不是仅仅关注那些我们已经怀疑可能参与的途径。这使我们找到了以前从未在同一句话中提到过的与氧气毒性有关的分子"。筛选出的四个分子途径参与了高氧的影响。它们与不同的细胞功能有关，包括受损DNA的修复、新DNA构件的生成和细胞能量的产生。共同的蛋白质簇起初，研究小组无法确定这四条途径有什么共同点，以及为什么它们都受到高氧水平的影响。经过一些分子调查发现，每条途径都有一个关键的蛋白质，其分子结构中含有与硫原子相连的铁原子，即所谓的"铁硫簇"。研究人员继续表明，在只有30%的氧气中，这四种蛋白质中的铁硫簇会被氧化--它们与氧原子发生化学反应--这种变化导致蛋白质退化。结果，细胞停止正常运作，消耗更少的氧气，导致周围组织中的氧气含量进一步增加。"一个重要的启示是，高氧并不像许多人假设的那样仅仅通过活性氧影响细胞和组织，"Jain说。"这意味着使用抗氧化剂--它能在一定程度上对抗活性氧--不太可能足以防止氧中毒。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353837.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353837.htm