2016年04月08日 星期五

研究亮点

张衎等-Nature Geoscience:中元古代早期古海洋氧化事件及其与大型真核生物演化的关系

近年来,越来越多中元古代(1600-1000Ma)沉积地层发现保存有丰富且多样的真核生物化石。特别是华北东部燕辽裂陷槽高于庄组分米级多细胞真核生物化石的发现(~1560Ma),将最早的大型多细胞真核生物演化提早到中元古代早期。但是,该时期古海洋的氧化还原状态和大气氧含量研究仍相对匮乏且争议较大,使得有关“早期真核生物演化与地表环境变化是否存在必然联系,还是说生物演化只是基因表达和演化的结果,与环境无关的争论更加激烈。

中国地质科学院地质研究所朱祥坤研究员课题组对我国华北东部燕辽裂陷槽的元古宙层型剖面——蓟县剖面高于庄组(1600-1550Ma)碳酸盐岩开展了详细的地球化学研究工作,包括稀土元素、铁组分和无机碳同位素等地球化学分析。研究结果表明,中元古代早期古海洋环境演化远非传统认为的单调乏味,而是一个持续氧化的动态演化过程。而且早先发现的高于庄组大型多细胞真核生物出现的时间(~1560Ma)稍晚于该氧化事件的起始时间(~1570Ma,强有力地证明了早期真核生物演化与地表环境变化存在必然联系,升高的氧气含量是真核生物演化的必要条件。中元古代早期燕辽海的氧化还原状态可概括为三个演化阶段:(a)中元古代初期燕辽海缺氧铁化,氧化还原界面很浅。该阶段碳酸盐岩呈现缺氧海水的稀土元素配分模式,铁组分数据显示铁化(Fe2+>H2S)而非硫化(Fe2+<H2S)的水体环境。(b~1570Ma,燕辽海发生氧化事件,氧化还原界面变深。此时碳酸盐岩中出现Ce的负异常且呈逐渐增大趋势(Ce的负异常指示氧化的水体环境)。且在氧化还原界面附近,深水中的Fe2+被氧化成Fe3+造成氧化铁的富集;水体中的有机碳或甲烷被氧化释放出轻碳造成δ13Ccarb的负漂移。该阶段恰好对应高于庄组大型多细胞真核生物出现的层位,说明升高的氧气含量以及伴随的氧化还原界面变深为真核生物演化提供了稳定的环境支持。(c)之后燕辽海持续进一步氧化,该阶段碳酸盐岩呈现稳定甚至更大的Ce的负异常。

这一重要发现将彻底推翻“中元古代持续低氧”的传统认识,而且也再次肯定了氧气在早期真核生物演化中的重要作用,代表了地球早期生命与环境协同演化研究的一个重大突破。

该研究成果近期发表于国际地学顶级期刊Nature Geoscience2018. Oxygenation of the Mesoproterozoic ocean and the evolution of complex eukaryotes. Nature Geoscience,

链接:www.nature.com/articles/s41561-018-0111-y

附:中元古代早期燕辽海氧化还原演化示意图

NG