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

  • 距乌镇峰会开幕还有3天

  • 进博会场整装待发 静待开幕

独家策划

推荐阅读
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
人工智能的出现源于人类对提升生产效率与改善生活品质的持续追求,这一根本动因要求其发展必须始终以服务人类、增进福祉为核心。
2025-11-04 04:25
如何在新学期开展针对性训练,做好运动前准备和运动后体能恢复,已成为受到广泛重视的问题。
2025-11-04 04:25
我所在的他山中学,是贵州黔北山区的一所普通县中,有着4000多名师生。作为校长,我常常在思考:在现有条件下,如何为学生开辟更广阔的成长路径?在日复一日的探索中,
2025-11-04 04:25
11月3日11时47分,我国在文昌航天发射场使用长征七号改运载火箭,成功将遥感四十六号卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2025-11-04 04:35
鸟类是生态系统的重要组成部分,是评估区域生态环境质量的关键指示物种,保护鸟类是推动人与自然和谐共生的关键环节。我国是世界上鸟类资源最为丰富的国家之一,
2025-11-03 05:05
人民城市人民建,人民城市为人民。2025年7月,中央城市工作会议指出,“要深刻把握我国城市发展所处历史方位”,“认真践行人民城市理念”,“以建设创新、宜居、美丽、韧性、文明、
2025-11-03 05:05
“从南极到北极,从草原到荒漠,到处都有昆虫的踪迹……”第三十二届中国杨凌农业高新科技成果博览会期间,西北农林科技大学博览园昆虫博物馆内,参会观众被讲解员李姗姗的讲述深深吸引。
2025-11-03 05:05
近日,中国科学院南京地质古生物研究所早期生命研究团队在湖北宜昌“石板滩生物群”研究中取得重要进展,发现了迄今最古老的复杂三维潜穴系统,
2025-11-03 05:05
秋水长天间,太湖正激荡起智能时代的万千涟漪。日前,以“万物智联,无尽前沿”为主题的2025世界物联网博览会在江苏无锡举办,一场关于万物智联的对话就此展开——人工智能如大脑般睿智思考,物联网似躯体般敏捷连接,当人工智能与物联网双向奔赴,万物就有了“感知”,人类正迎来一个全新智能时代。
2025-11-03 05:05
秋冬之际,正是候鸟迁徙之时。不知你有没有发现,从我们头顶飞过的候鸟,比以前更多了! 2024年全国水鸟同步监测结果显示,我国越冬水鸟总数达505.9万只,创最高纪录。
2025-11-03 05:05
HPV疫苗自2025年11月10日正式纳入国家免疫规划,2011年11月10日后出生的满13周岁女孩可以免费接种双价HPV疫苗。
2025-10-31 10:16
近日,飓风“梅利莎”横扫加勒比地区,成为近年来影响该地区最猛烈的飓风之一。
2025-10-31 10:14
10月30日下午,在中国科学院大连化学物理研究所(以下简称大连化物所),得知同事张洪章即将到“太空”出差的好消息,科研人员纷纷送上祝福:“好好照顾自己,好好完成任务。
2025-10-31 10:02
据新一期《天体物理学快报》报道,LIGO-Virgo-KAGRA国际合作组织宣布,他们在去年10月和11月探测到两起极为特殊的、由黑洞并合产生的引力波事件,分别命名为GW241011和GW241110。
2025-10-31 09:59
记者从生态环境部获悉:今年前三季度,我国环境空气质量和地表水环境质量总体持续改善。从重点区域来看,京津冀及周边地区“2+36”城市PM2.5平均浓度为33.0微克/立方米,同比下降15.6%;平均优良天数比例为73.5%,同比上升8.5个百分点。
2025-10-31 09:57
执行神舟二十一号载人飞行任务的航天员乘组由张陆、武飞、张洪章3名航天员组成。张陆担任指令长。
2025-10-30 13:03
记者10月29日从国家统计局获悉,根据国家统计局社科文司《中国创新指数研究》课题组测算,2024年中国创新指数为174.2(以2015年为100),比上年增长5.3%。
2025-10-30 10:15
绿氨作为绿氢核心载体与低碳原料,正成为钢铁、化工等高耗能行业实现深度脱碳的关键路径。
2025-10-30 10:12
加载更多