被锁了 17.5 亿年的化石蕴藏着有关地球历史关键时刻的线索

澳大利亚的化石提供了第一个直接证据，证明光合作用至少在 17.5 亿年前就已经发生。

光合作用最早的直接证据是在距今17.5亿年前的化石中发现的。

科学家们从澳大利亚、加拿大和刚果民主共和国收集了化石，发现澳大利亚和加拿大的样本中含有蓝藻的证据，蓝藻是地球上已知的最古老的生命形式。科学家认为，蓝细菌最早出现于 2 至 30 亿年前，然后才进化出能够产氧或进行含氧光合作用的能力。

在《自然》杂志 1 月 3 日发表的一项研究中，研究人员发现这些蓝藻化石具有光合作用结构，称为类囊体膜，其中含有叶绿素等色素，可通过光合作用将光转化为化学能。

蓝藻被保存在粘土中，随着时间的推移，粘土被压实成为岩石。研究人员使用一种称为透射电子显微镜（TEM）的技术来观察化石中保存的膜和其他微小细节。

TEM 不使用光来对物体成像，而是使用电子，电子的波长比光小得多，使我们能够看到更精细的细节，直至原子水平。科学家用电子束轰击样品。一些电子会穿过，而一些电子会被吸收或从物体更密集的部分散射。 

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“发现这些膜告诉我们，[这些细胞]确实是进行产氧光合作用的蓝细菌，”主要作者、比利时列日大学的古生物学家埃马纽埃尔·瓦克斯 (Emmanuelle Javaux) 告诉《生活科学》。 “这将这种膜的化石记录推迟了 12 亿年。”

Javaux说，确定蓝藻进化出产生氧气的能力的确切时间是地球自然历史上的一个重要里程碑。

大约 24.5 亿年前，地球大气中的氧气浓度急剧上升，这就是所谓的“大氧化事件”。

大气中氧气的增加改变了地球上的生命。它开启了许多生命形式的有氧呼吸，并提高了矿物质风化并向不同环境提供营养的速度。 

然而，科学家们并不知道大氧化事件是由含氧光合作用的进化引发的，还是其他生态或地质事件首先发生。 

大氧化事件的确切生物和物理驱动因素在科学家之间存在着深刻的争论。尽管蓝藻光合作用被普遍认为是氧气浓度增加的关键原因，但火山爆发或海洋中铁含量下降等驱动因素也可能发挥了一定作用。

“如果含氧光合作用很早就进化出来，但氧气含量在很晚之后才在大气中积累，这表明还有其他过程在起作用，比如有机碳的埋藏，”Greg Fournier，地球生物学家没有参与这项研究的麻省理工学院告诉《生活科学》。 

福尼尔说，新研究中化石结构的年龄非常符合当前关于具有类囊体膜的蓝细菌何时出现的理论范围。 

研究人员使用电子显微镜可能为使用相同的成像技术重新分析较旧的现有化石样本铺平了道路，以准确识别蓝细菌首次进化出类囊体膜的时间。

福尼尔说：“我们有可能对这些进化创新进行计时，并将它们与生物圈的历史联系起来。”