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

  • 连云港首列整列跨里海班列开行

  • 2026外滩大会在上海举行

独家策划

推荐阅读
实现人的自由全面发展,是人工智能伦理治理的逻辑起点与价值原点。
2026-09-11 08:42
2019年,一场生态修复让一个古人类遗址——云南蝙蝠洞遗址浮出水面。之后,多支科研团队开展跨学科综合研究,让丹尼索瓦人在中国西南腹地缺失的关键地理拼图得以补充。
2026-09-11 08:51
在位于内蒙古自治区呼和浩特市和林格尔新区的人才创新谷,工作人员操作和林格尔数据中心集群多云算力资源监测与调度平台,实时监测、动态调度算力资源。
2026-09-11 09:10
人类全基因组约30亿个碱基对中,仅1%—2%编码蛋白质,其余包含不编码的“垃圾DNA”及控制基因表达时间、位置和强度的调控序列。
2026-09-11 09:07
8月也是非极地海域有记录以来最温暖的一个月。海表温度峰值达21.1℃,是有观测以来最高的海表温度。
2026-09-11 08:51
一般来说,人力资源社会保障部每年会征集一批新职业信息,对征集到的新职业建议,按照相关工作要求和程序进行筛选确定。”谷俊明说,兼具古法制香功底、香文化讲解与体验教学能力的复合型香艺人才不断成长,将推动古老香文化焕发生机。
2026-09-10 09:52
当今地球正处于冰室气候背景下,大气二氧化碳(CO2)浓度不断上升,全球气候变暖加剧。这意味着初始火山升温之后,天文轨道的胁迫作用增加了高纬度太阳辐射,进而加速了冰盖的融化和冻土层的解冻。
2026-09-10 09:47
灶台、吊柜、换鞋凳、智能床、坐式淋浴器……这个展区被布置成一个家一般的样板间。护理床边,一台人形照护机器人伸出机械臂,托起人体模型的腿,模拟辅助卧床老人活动肢体。
2026-09-10 09:39
实验结果显示,嫦娥五号月壤中不同矿物的弹性模量分布范围较广,不同矿物间的弹性模量差异显著,呈橄榄石>辉石>钛铁矿>尖晶石>斜长石的次序,其中斜长石的弹性模量明显偏低。进一步分析发现,无论矿物来自地球、月球还是陨石,不同来源的矿物在微观变形过程中的响应机制可能遵循某种共性的内在规律,相关机理仍有待进一步深入研究。
2026-09-10 09:35
再过10多天就是农历秋分,第九个中国农民丰收节也将如约而至。联欢活动庆丰收板块,将举办城乡群众庆祝丰收的联欢活动,打造农民唱主角、百姓共联欢的丰收文艺盛宴,呈现荆楚农民唱响赞歌、分享喜悦的丰收景象。
2026-09-10 09:30
费马大定理是过去半个世纪最负盛名的数学成果之一。
2026-09-09 09:04
当前,世界百年变局加速演进,新一轮科技革命和产业变革深入发展,人工智能作为引领时代变革的关键技术,正在重塑生产方式、生活方式和国际竞争格局,蕴藏着造福全人类的巨大潜能。
2026-09-09 08:56
文物科研工作长期建立在小范围观察、小样本归纳、小视角判断的认知链条上,高度依赖研究者的个人禀赋与经验积累。
2026-09-09 08:55
最近一个月,郭守敬望远镜再次令世界瞩目:为4万余颗贫金属红巨星精确测距,找到9个超高速星候选体,构建了近10万颗恒星的AI标注数据集。
2026-09-09 08:51
磷是植物生长必需的大量营养元素,可土壤里的磷大多“锁”在难溶的矿物和有机质里。土壤并不缺磷,植物却常常“够不着”。
2026-09-09 08:48
9月7日,工业和信息化部印发《信息通信行业发展“十五五”规划》,其中提到,“探索太空算力技术前瞻研究”。
2026-09-09 09:21
手机为什么突然集体涨价?答案不在手机行业
2026-09-09 09:13
慕思以“焕活芯生,越睡越懂你”为主题发布年度新品。
2026-09-08 21:10
金星没有卫星。但预印本平台arXiv近日公布的一项模拟研究显示,它在近20亿年的时间里可能拥有过一颗卫星,直到最后将其吞噬。厘清这一过程,有助于了解金星过去的宜居性。
2026-09-08 10:19
近日,生态环境部、科技部、中国人民银行、国务院国资委、金融监管总局等五部门联合印发《关于推动生态环境领域科技创新多元化投入的指导意见》。
2026-09-08 10:13
加载更多