有关光合作用：被封存了17.5亿年的化石为地球历史上的关键时刻提供了线索

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大约24.5亿年前，大氧化事件见证了地球上氧气水平的急剧上升。(图片鸣谢:Kriswanto Ginting/Getty Images)

（）据生活科学（关杰林）：光合作用最早的直接证据是在17.5亿年前的化石中发现的。

科学家们从澳大利亚、加拿大和刚果民主共和国收集了化石，发现澳大利亚和加拿大的样本中含有蓝藻的证据，这是地球上已知的最古老的生命形式。科学家认为，蓝细菌首次出现在20至30亿年前，在进化到能够产生氧气或有氧光合作用之前。

在1月3日发表在《自然》杂志上的一项研究中，研究人员揭示了这些蓝藻化石具有光合结构，即所谓的类囊体膜，其中包含叶绿素等色素，通过光合作用将光转化为化学能。

蓝细菌被保存在泥土中，随着时间的推移，泥土被压实成岩石。研究人员使用一种称为透射电子显微镜(TEM)的技术来观察化石中保存的细胞膜和其他微小细节。

TEM不是使用光来成像物体，而是使用电子，电子的波长比光小得多，使我们能够看到原子级别的更精细的细节。科学家用电子束轰击样品。一些电子会通过，而一些会被物体密度更大的部分吸收或散射。

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“发现这些膜告诉我们，[这些细胞]确实是进行有氧光合作用的蓝细菌，”主要作者、比利时列日大学的古生物学家Emmanuelle Javaux告诉《生活科学》。"这将这种膜的化石记录向前推了12亿年."

Javaux说，确定蓝细菌进化出制造氧气能力的确切时间是地球自然历史上的一个重要里程碑。



提供17.5亿年前光合作用证据的微体化石。(图片鸣谢:Emmanuelle Javaux)

大约24.5亿年前，地球大气中的氧气浓度急剧上升，这就是众所周知的大氧化事件。

大气中氧气的增加改变了地球上的生命。它开启了许多生命形式的有氧呼吸，提高了矿物质风化的速度，并为不同的环境提供了养分。

然而，科学家不知道大氧化事件是由有氧光合作用的进化引发的，还是其他生态或地质事件先发生的。

大氧化事件的确切生物和物理驱动因素在科学家中引起了激烈的争论。虽然蓝藻光合作用被普遍认为是氧气浓度增加的关键原因，但火山爆发或海洋中铁含量下降等驱动因素也可能发挥了作用。

“如果有氧光合作用进化得很早，但氧气水平只是在很久以后才在大气中积累，这表明还有其他过程在起作用，如有机碳的埋藏，”麻省理工学院的地球生物学家格雷格·福尼尔(Greg Fournier)告诉《生活科学》(Live Science)，他没有参与这项研究。

Fournier说，在新的研究中，化石结构的年龄非常符合当前具有类囊体膜的蓝细菌何时出现的理论。

研究人员使用电子显微镜潜在地为使用相同的成像技术重新分析更古老的现有化石样本铺平了道路，以确定蓝藻何时首次进化出类囊体膜。

“我们有可能对这些进化创新进行计时，并将它们与生物圈的历史联系起来，”Fournier说。