要約:
約 23 億年から 22 億 5 千万年前の南アフリカの堆積岩の研究により、地球の初期大気中で酸素がどのように増減したかについて新たな説明が得られました。研究者らは、南アフリカのトランスバール・スーパーグループから採取したドリルコアサンプルを分析し、海洋のリンサイクル、酸化還元状態、硫酸塩の変化が相互に絡み合っていることを発見した。生物地球化学モデルと組み合わせることで、彼らは、これらのフィードバックが大酸化現象中に大気中の酸素含有量の劇的な変化を繰り返し引き起こし、同時に地球を持続的な酸素を含む大気環境へ徐々に移行させる可能性があると考えています。
地球の大気中の酸素の最初の顕著な増加は、約 24 億 3 千万年から 20 億 6 千万年前に起こり、「大酸素時代」と呼ばれることがよくあります。酸素の出現は、その後大気がすぐに安定したことを意味するものではありません。この段階では劇的な気候変動と複数の氷河期も経験し、海洋の化学環境と生命が利用できる栄養素も変化しました。リンは生命の成長に必要な重要な元素ですが、岩石から検出されるリンの総量は、古代の生物が使用できたリンに等しくありません。
研究チームは、リン形態分類法を使用して岩石中のさまざまな鉱物を徐々に溶解し、鉄結合リン、続成作用リン、有機結合リン、主にデトリタス由来の結晶リンなどの成分を区別しました。これに基づいて、どのリンが古代の海洋で生体利用可能であった可能性があるかを判断できます。サンプルは、氷河期終了後の風化の促進により、より多くのリンが海洋に持ち込まれ、生物生産性が促進された可能性があることを示しています。その後、海洋の酸素状態と硫酸塩の供給の変化が、堆積物中の有機物の分解とリンのリサイクルに影響を与えました。リンは海水に再び入り、より多くの生物が成長するための条件を提供する可能性があります。
このプロセスは次に大気中の酸素に影響を与えます。生物学的生産性が向上するにつれて、より多くの有機炭素が海底に堆積して埋もれる可能性があります。この炭素が分解中に酸素を再消費しない場合、正味でより多くの酸素が蓄積されることになります。このことから研究チームは、風化作用の投入、リンのリサイクル、海洋の酸化還元状態、硫酸塩の間にはフィードバック連鎖が形成されているが、そのフィードバックは酸素を一定レベルにスムーズに維持するのではなく、数千万年規模で大きな変動を引き起こす可能性があると提案した。この論文のモデル結果はこの解釈を裏付けていますが、古代の大気の変化は依然として直接測定ではなく、岩石の地球化学的記録とモデルに基づいて再構成されています。
この研究は「Nature Communications」に掲載されました。著者らは、このメカニズムが酸素、栄養素、初期生命がどのように共進化したかを説明するのに役立つと指摘し、また酸素だけが複雑な生命の出現に影響を与える条件ではないことも示唆している。この研究はまた、現代の海洋酸素欠乏症を理解するための歴史的参考資料となる可能性がある。海水の酸素レベルが低下すると、リンの利用可能量と海洋生産性も変化する可能性がある。ただし、古地質時代のフィードバック関係は、現代の生態系の特定の予測と直接同等に考えることはできません。
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