点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:【锚定2035·院士谈科学报国】揭开地球氧气起源之谜——地质记录提供全新视角
首页> 光明科普> 图文 > 正文

【锚定2035·院士谈科学报国】揭开地球氧气起源之谜——地质记录提供全新视角

来源:光明网-科普中国2024-11-11 15:14

  编者按:习近平总书记指出,科学普及是实现创新发展的重要基础性工作。为助力高水平科技自立自强,中国科协科普部联合光明网推出“锚定2035·院士谈科学报国”系列文章,邀请各领域院士就我国当下热点科技问题给予权威解答,服务引导更多科技工作者提升科研科普能力,促进全民科学素质提升,为科技强国建设贡献科普力量。#千万IP创科普

【锚定2035·院士谈科学报国】揭开地球氧气起源之谜——地质记录提供全新视角

中国科学院院士、中国科学院广州地球化学研究所所长、研究员何宏平

  氧气,这一无色无味的气体,不仅是地球生态系统中不可或缺的元素,更是支撑人类及众多动植物生命活动的关键。现代地球上的氧气主要来自于产氧光合作用,通过光合作用把二氧化碳和水合成有机物质,同时释放出氧气。然而,关于地球上氧气的起源,尤其是早期地球如何在无氧环境中逐步演化出能够释放氧气的生物过程,一直是地质学和生物学领域研究的热点。

  回溯至24亿年前的地球,那是一个没有氧气的世界。当时的地球大气主要由氢气、硫化氢、甲烷等还原性气体构成,与如今富含氧气的环境截然不同。早期生命依靠这些还原性气体作为能量来源,进行不产氧的光合作用,从而维持生命活动。

  随着地质年代的推进,地球上逐渐出现了能够释放氧气的生物——蓝细菌(也称蓝藻)。然而,蓝细菌的光合作用进化需要一个氧化的环境,这与早期地球无氧的还原环境形成了悖论。为了解决这一悖论,科学家们提出了多种假设。其中一种认为,在蓝细菌进化出光合作用之前,地球上可能存在局部氧化的环境,即所谓的“氧化的绿洲”。这些局部氧化的环境可能为蓝细菌的进化提供了必要的条件。

  早期地球上这些局部氧化的环境是如何形成的呢?我们团队在研究时发现,硅酸盐矿物在机械外力的作用下,如海浪冲刷、物理风化、陨石撞击等,其硅氧键会断裂,形成自由基。这些自由基能够与水反应,产生羟基自由基和过氧化氢等活性物质。而过氧化氢在分解过程中会释放出氧气,从而逐渐改变周围环境的氧化还原状态。

  这一发现不仅解释了早期地球上局部氧化环境的形成机制,还为我们理解地球氧气的起源提供了新的视角。

  而且,过氧化氢不仅是地球氧气起源的关键中间产物,还是早期生命中一种重要的氧化剂。在蓝细菌进化出光合作用之前,过氧化氢可能已经在地球上存在,并参与到早期生命的代谢过程中。通过利用过氧化氢进行代谢,早期生命逐渐适应了氧化环境,为后来蓝细菌的光合作用进化奠定了基础。

  地质记录为我们提供了关于早期地球环境和生命演化的宝贵信息。在南非的一处古老地层中,科学家们发现了代表32亿年前高能海岸带环境的矿物组成和微生物化石。这些证据表明,当时该地区已经是一个局部氧化的环境,并可能孕育了早期蓝细菌的祖先。这一发现不仅支持了过氧化氢作为早期地球重要氧化剂的假设,还进一步揭示了地球氧气起源和生命演化的密切联系。

  地球氧气的起源与早期生命的演化是一个复杂而迷人的科学问题。通过地质记录、实验室模拟和跨学科研究等多种手段,我们正逐步揭开这一谜团的面纱。未来,随着科学技术的不断进步和研究的深入,我们有理由相信,人类将能够更全面地理解地球生态系统的演化历程,并为探索宇宙中的其他生命形式提供有力的科学支持。

  作者:何宏平(中国科学院院士、中国科学院广州地球化学研究所所长、研究员)

  整理:肖春芳

【锚定2035·院士谈科学报国】揭开地球氧气起源之谜——地质记录提供全新视角

【锚定2035·院士谈科学报国】揭开地球氧气起源之谜——地质记录提供全新视角

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

独家策划

推荐阅读
ASC26报名链接:https://www.asc-events.net/StudentChallenge/ASC26/Register.php
2025-11-07 15:58
北京时间2025年11月6日11:00—14:00,地磁发生强烈扰动,达到大地磁暴水平(Kp=7),为橙色警报级别。
2025-11-07 13:39
阿特拉斯的成功观测是天问一号的一次重要拓展任务,利用探测器观测暗弱天体为天问二号开展小行星探测进行了技术试验,积累了经验
2025-11-07 09:37
天问一号环绕器利用高分辨率相机近日成功观测到星际天体——阿特拉斯。”据介绍,天问一号探测器于2021年2月进入火星环绕轨道,迄今已稳定运行4年8个月,目前状态良好。
2025-11-07 09:31
与会嘉宾围绕“人工智能+”深度融入产业创新发展等话题进行深入探讨,凝聚产业国际合作发展共识,推动构建开放包容的人工智能产业创新生态。
2025-11-07 09:29
谈及人形机器人何时能从“炫技”转向应用落地,优必选科技副总裁焦继超提出了分阶段的发展预期。中国电子学会机器人分会青年副主任委员、乐聚智能(深圳)股份有限公司董事长冷晓琨表示,预计明年人形机器人在工业领域会出现采购交付数量过万台的企业。
2025-11-07 09:28
“十四五”时期,我们将目光投向脑疾病领域,通过脑机接口技术,实现了“诊断—监测—治疗—预测”一体的大脑实时“观景”。一方面,脑机接口技术可以让神经系统“说话”,通过高精度解码神经信号实现对大脑的“意念读取”和精准诊断。
2025-11-07 09:18
遥远恒星大气爆发活动的起源区域有哪些特征,人类至今知之甚少。但科学家们正在通过分析太阳爆发活动,探究恒星大气爆发活动的奥秘。
2025-11-06 10:35
这几年,子午工程已经有不少应用场景。例如在航天员出舱时,提前进行空间天气预报,避免在太阳风暴来临、空间有高能粒子时出舱,保护航天员健康安全。
2025-11-06 10:34
智能穿戴设备产品形态从手环、手表延伸至耳机、眼镜、戒指等形式,新供给创造新需求,改变了消费者生活方式,推动着健康管理、时尚消费与技术创新的深度融合。
2025-11-06 10:32
电动车充电慢、冬天“趴窝”、安全隐患大……这些困扰电动出行的难题,迎来了突破性解决方案。
2025-11-06 10:19
目前,我国约70%的待发现油气资源蕴藏在深层超深层、复杂构造及非常规等新领域。如何找到这些宝贵的油气资源,精准绘制“藏宝图”?
2025-11-06 10:17
天问一号环绕器利用高分辨率相机于近日成功观测到星际天体——阿特拉斯(3I/ATLAS)。其间,天问一号环绕器距离目标天体约3000万千米,是目前观测该天体距离最近的探测器之一。
2025-11-06 09:56
为确保航天员生命健康安全和任务圆满成功,经研究决定,原计划11月5日实施的神舟二十号返回任务将推迟进行。
2025-11-05 10:59
4日,国务院安委会办公室、应急管理部、国家消防救援局在京举行2025年全国消防宣传月活动启动仪式。
2025-11-05 04:20
当前,人工智能作为引领新一轮科技革命和产业变革的战略性技术,深刻改变人类生产生活方式。
2025-11-05 03:50
近日,搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号F遥二十一运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射,发射任务取得圆满成功。
2025-11-05 04:20
科技论文是衡量科技创新水平的重要指标。
2025-11-05 04:20
近年来,中国审定推出了一批高产稳产、绿色节水、优质专用小麦新品种。2021年,这一情况出现了转变:“圣泽901”“广明2号”“沃德188”等3个国产白羽肉鸡品种通过审定,中国白羽肉鸡育种攻关实现从0到1的实质性突破。
2025-11-04 09:06
党的二十届四中全会提出,“加快高水平科技自立自强,引领发展新质生产力”“加快经济社会发展全面绿色转型,建设美丽中国”。
2025-11-04 04:25
加载更多