2024-10-25 22:08 來(lái)源：本站編輯
在地球形成的早期，大氣中沒有氧氣。然而，溶解在海洋中的鐵被大量氧化，形成了巖石。例如，今天在南非可以看到帶狀鐵礦。
一項(xiàng)新的研究調(diào)查了各種細(xì)菌在代謝過(guò)程中是如何排出不溶性鐵的。其中一些——光養(yǎng)型鐵氧化劑——通過(guò)在陽(yáng)光的幫助下氧化鐵來(lái)獲得能量，而另一些則通過(guò)鐵與作為氧化劑的硝酸鹽發(fā)生反應(yīng)來(lái)獲得能量。
由布里斯托爾大學(xué)的Casey Bryce博士、德國(guó)
這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然地球科學(xué)》雜志上。
二三十億年前，地球大氣的組成與現(xiàn)在完全不同。
“當(dāng)時(shí)的海洋中含有大量的還原態(tài)鐵。在今天的條件下，它會(huì)很快被大氣中的氧氣氧化，形成生銹的鐵礦物，”卡普勒解釋說(shuō)。盡管在地球的早期階段沒有氧氣，但巖石中大量的鐵沉積物表明，即使在那時(shí)，微生物也在有效地氧化鐵。
“在地球上有氧氣之前，光合作用的鐵氧化劑形成了今天被稱為帶狀鐵礦的巨大氧化鐵礦床，”該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人凱西·布萊斯博士說(shuō)。布萊斯曾任職于<s:1>賓根大學(xué)，現(xiàn)在是布里斯托大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院的高級(jí)講師。
“我們想知道這些細(xì)菌是否與其他使用硝酸鹽的鐵氧化劑競(jìng)爭(zhēng)，”她補(bǔ)充說(shuō)。這就引出了這樣的問題:這些相互競(jìng)爭(zhēng)的微生物是否真的可以共存，如果可以，它們中哪一種主要負(fù)責(zé)鐵的氧化。
“為了更好地了解早期地球的情況，我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，”維倫娜·尼克萊特說(shuō)，自從這項(xiàng)研究轉(zhuǎn)移到挪威研究中心NORCE之后。
研究小組使用了每種不同鐵氧化劑的一種細(xì)菌菌株，并讓它們?cè)?0到30億年前普遍存在的條件下生長(zhǎng)，在光照下，在相同濃度的鐵、硝酸鹽和二氧化碳中生長(zhǎng)。
“令我們驚訝的是，硝酸鹽很快就用完了，鐵被氧化了。但我們無(wú)法檢測(cè)到光養(yǎng)型鐵氧化劑對(duì)鐵的氧化作用。”
分析表明，消耗硝酸鹽的鐵氧化劑形成一氧化二氮作為一種有毒的副產(chǎn)物?！斑@使得光養(yǎng)鐵氧化劑的活性完全停止。換句話說(shuō)，這些微生物通過(guò)產(chǎn)生一種有毒氣體來(lái)殺死光養(yǎng)性鐵氧化劑?！?/p>
卡普勒說(shuō):“一種假設(shè)是，在地球歷史的后期階段，光養(yǎng)性鐵氧化劑可能對(duì)帶狀鐵礦石的形成貢獻(xiàn)很小?！边@是因?yàn)槠渌⑸锏幕顒?dòng)導(dǎo)致地球大氣中含有越來(lái)越多的氧氣——一種早期的重大環(huán)境污染事件。
“這可能也到達(dá)了海洋的一些地區(qū)，在那里硝酸鹽可能會(huì)形成。我們的研究結(jié)果為假設(shè)提供了第一個(gè)實(shí)驗(yàn)證據(jù)，即高生產(chǎn)力地區(qū)的光養(yǎng)鐵氧化劑可能在這段時(shí)間內(nèi)暴露于有毒的一氧化二氮。他們一定是遠(yuǎn)離了營(yíng)養(yǎng)豐富的地區(qū)，因此無(wú)法沉積那么多鐵?！?/p>
根據(jù)Casey Bryce的說(shuō)法，根據(jù)研究小組的計(jì)算，硝酸鹽還原細(xì)菌的鐵氧化可能最初補(bǔ)償了光養(yǎng)鐵氧化劑的減少貢獻(xiàn)。
“因此，不同細(xì)菌之間最初的競(jìng)爭(zhēng)不會(huì)立即阻止帶狀鐵結(jié)構(gòu)的形成，”她說(shuō)。需要進(jìn)一步的測(cè)量和調(diào)查來(lái)獲得更精確的過(guò)程圖像。
“我們的研究為了解地球大氣中的氧氣富集如何影響海洋中的其他營(yíng)養(yǎng)循環(huán)提供了一個(gè)視角。這說(shuō)明了控制地球早期海洋生命的生物地球化學(xué)相互作用的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，”布萊斯說(shuō)。
