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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 习近平和彭丽媛同美国总统特朗普夫妇茶叙

  • 习近平和彭丽媛出席特朗普总统夫妇举行的欢迎宴会

独家策划

推荐阅读
全球老龄化加速,如何延长健康寿命,成为生命科学研究领域最紧迫的课题之一。诸多抗衰老策略中,营养干预被认为最现实。已有研究表明,减少饮食中蛋白质的摄入,能延长酵母、果蝇和小鼠等模式生物的寿命。
2026-09-24 09:41
作为射电天文领域的国之重器,中国天眼(FAST)不断将我们的视野推向宇宙更深处,在脉冲星、快速射电暴、中性氢宇宙等前沿领域,一次又一次刷新着人类对于宇宙的认知。
2026-09-24 09:34
我国研究团队利用“天关”卫星(爱因斯坦探针卫星)与高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)的联合观测,在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围发现一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。
2026-09-24 09:30
国家统计局数据显示,在消费品以旧换新等政策利好下,节能家电、智能家居等越来越受到消费者的青睐。智能家居的终极目标,不是堆砌多少高科技设备,而是让人的生活更便利、更幸福。
2026-09-24 09:26
在中国科学院院士、中国工程院院士李德仁看来,不仅要星与星互联,还要把通信、导航、遥感、算力四种异构卫星“联”成一体。
2026-09-24 09:28
9月23日,当太阳行至黄经180度时,我们迎来二十四节气中的第十六个节气——秋分。
2026-09-23 09:19
实施藏粮于地、藏粮于技战略并非抽象概念,它实实在在体现在产量、装备和技术水平的变化里。
2026-09-23 09:14
一只烂苹果长出小蘑菇,竟一路“走”向太空育种;一辆由大学生制造组装的方程式赛车,让围观者眼里放光;一台智能交作业提醒机,出自中小学生之手……这些都是发生在2026年全国科普月活动上的真实片段。
2026-09-23 08:56
油炸薯条、烘焙咖啡等食品,日常生活中很常见,但高温加工过程会产生丙烯酰胺,这是一种需要加以控制的污染物。
2026-09-23 08:55
在自然灾害面前,我们需要确保两个“安全”——生命安全和财产安全。如何最大限度减少人员伤亡和财产损失,一直是我国防灾减灾救灾工作的重点。
2026-09-23 08:53
一个优良豆类品种的诞生,至少需1代杂交、6代自交,用传统育种方式得花10年左右。10年后的“新品种”,还能满足市场需求吗?尽可能缩短育种时间,才能减少不确定性。
2026-09-22 09:18
目前,“拉索”已联合“天关”“中国天眼”“银河画卷”等不同波段天文设施形成新的队伍,对重要科学问题进行攻关。
2026-09-22 09:09
记者从中国地质大学(北京)邢立达课题组获悉,中外科学家团队在安徽下三叠统南陵湖组地层中发现巨型鲎类遗迹化石。
2026-09-22 09:01
西北大学地质学系研究员韩健等联合国内外研究学者,在距今5.18亿年的云南澄江生物群中发现了步带动物新物种——胶膜玉净虫。
2026-09-22 09:00
在甘肃科技馆的科学市集“创想驿站”,兰州市第二十二中的段延浩站在自己制作的模型前,沿着风机、太阳能板、储电仓一路介绍。
2026-09-22 08:59
“面向智能社会的科学素质:机遇、挑战与变革”
2026-09-22 08:07
2026科普中国智库论坛暨第三十二届全国科普理论研讨会
2026-09-21 17:29
棘皮动物辐射对称,具钙化骨骼和管足;半索动物两侧对称,身体柔软并保留鳃裂。由此推论,步带动物两个门类的共同祖先并非此前推测的无触手蠕虫状动物,实际上部分类群已经具有较为发达的滤食附肢。
2026-09-21 09:23
弘扬科学家精神,既要有庄重的纪念,也需要在生活中讲好具体的、鲜活的人和故事。
2026-09-21 09:18
20日,在由中国科普研究所主办的2026科普中国智库论坛暨第三十二届科普理论研讨会上,数项新成果——《国家科普能力发展报告(2024—2025)》、《中国公民科学素质报告(2025—2026)》、《科普服务高质量发展智库报告》、《鼎新致远:科普服务高质量发展的实践探索》、“科普人才培养丛书”及《中国科幻发展年鉴2026》发布。
2026-09-21 09:16
加载更多