研究：对早期地球大气层的深入了解可帮助识别太阳系以外的生命迹象

“直到现在，我们对早期进化中的环境驱动因素的理解还存在一个关键的差距。早期地球的特点是氧气水平低，直到地表氧气水平上升到足以供动物生存。但是对这种上升发生时间的预测有十几亿年的差异--甚至可能远在动物进化之前，”麦吉尔大学地球和行星科学系的博士后研究员Maxwell Lechte说，他在Galen Halverson的指导下进行研究。

为了找到答案，研究人员检查了来自世界各地沉积在古代沿海环境中的富含铁的沉积岩。通过分析这些岩石中铁的化学成分，研究人员能够估计出岩石形成时的氧气量，以及它对真核微生物等早期生命的影响。

“这些铁石为了解浅海环境的氧气水平提供了启示，而浅海环境是生命进化的地方。”与Lechte共同领导这项研究的中国科学院研究员王长乐说：“古代铁石记录表明，大约不到现代氧气水平的1%，这将对生态复杂性产生巨大的影响。”

“这些低氧条件一直持续到大约8亿年前，就在我们第一次开始在岩石记录中看到复杂生态系统崛起的证据时。因此，如果复杂的真核生物在那之前就存在，它们的栖息地就会受到低氧的限制，”Lechte说。

地球仍然是宇宙中唯一已知的孕育生命的地方。今天，地球的大气和海洋富含氧气，但这并不总是如此。地球海洋和大气的含氧量是光合作用的结果，光合作用是植物和其他生物用来将光转化为能量的过程--将氧气释放到大气中，为呼吸作用和动物生命创造必要条件。

据研究人员称，新的发现表明，地球的大气层能够在数十亿年内保持低水平的大气氧气。这对探索太阳系以外的生命迹象具有重要意义，因为寻找大气中的氧气痕迹是寻找另一个星球上过去或现在的生命证据的一种方式--或者科学家称之为生物特征。

科学家利用地球的历史来衡量陆地行星能够稳定的氧气水平。研究人员说，如果陆地行星能够在低大气氧含量下稳定下来，正如研究结果所表明的那样，探测氧气的最佳机会将是寻找其光化学副产品臭氧。

“臭氧强烈地吸收紫外线，使得即使在低大气含氧量的情况下也能探测到臭氧。”耶鲁大学的生物地球化学家Noah Planavsky说：“这项工作强调，天基望远镜的紫外线探测将大大增加我们在太阳系以外的行星上找到可能的生命迹象的机会。”

研究人员表示，对这一时期的岩石进行更多的地球化学研究将使科学家能够更清楚地描绘出这一时期氧气水平的演变，并更好地了解对全球氧气循环的反馈作用。