在納米比亞東北部新元古代哈滕伯格組的碳酸鹽巖中發(fā)現(xiàn)了一個碳循環(huán)異常，其模式類似于在大氧化事件后發(fā)現(xiàn)的模式，這暗示了地球大氣如何完全氧化的新證據(jù)。威斯康辛-麥迪遜大學美國國家航空航天局天體生物學研究所崔歡博士領導的一個研究小組利用哈滕伯格形成于10億到5億年前的地層，研究了地球從缺氧環(huán)境(即缺乏氧氣)到更適宜動物生存的環(huán)境之間的變化，發(fā)現(xiàn)了持續(xù)的高碳含量。碳的流入，再加上其他元素變化，表明海洋中氧含量變化是如何幫助早期動物進化的。
含氧地球?qū)τ趶碗s生命的進化至關(guān)重要。圖片：NASA
這項研究發(fā)表在《前寒武紀研究》(pre - cambrian Research)上，將新的氧、硫和鍶同位素數(shù)據(jù)與2009年發(fā)表的碳同位素數(shù)據(jù)進行了配對?？傊@些數(shù)據(jù)進一步證明了地球氧氣是逐步增加的，而不是局限于元古代的兩個主要事件(一個持續(xù)了25億到5.41億年前的地質(zhì)時代)。氧化還原反應(即通過電子交換進行氧化和還原反應的反應)的變化模式被命名為哈滕伯格異常，是在巖石形成中被發(fā)現(xiàn)。
馬里蘭大學的艾倫·j·考夫曼博士說：在這50至75萬年之間的時間里，氧氣上升是在哈滕貝格異常的75萬年間的時間間隔里，是在原生生代末期的新元古代氧化事件或NOE中這一反?，F(xiàn)象，碳同位素比率(13C/12C)在恢復到以前的低水平之前，在大約1500萬年的時間里，碳同位素比率(13C/12C)以千分之12到千分之14的速度持續(xù)增加。隨著海洋中氧氣含量的增加，硫酸鹽被轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，一些微生物在新陳代謝過程中利用硫酸鹽來消化和循環(huán)海底的有機碳。在哈滕伯格異常過程中，氧、碳和硫的同位素連續(xù)移動，使科學家相信他們所看到的不僅僅是巧合。
盡管長期以來人們都認為，大氣中的高氧含量為動物在地球上繁衍生息鋪平了道路，但在元古代，全球碳和氧循環(huán)劇烈波動，從大約24億年前的“大氧化事件”(GOE)期間首次在大氣中積累氧氣到大約5億年前動物在NOE之后登上世界舞臺時穩(wěn)定在現(xiàn)代水平。在這兩個事件之間的時間，單細胞生命的脈沖和海洋中不斷變化的氧氣水平被認為刺激了更復雜生命的進化。這些古老的氧氣波動是前寒武紀-寒武紀邊界多細胞生物進化的關(guān)鍵，標志著地球上復雜動物生命的起源和多樣化。
隨著海洋中含氧量的增加，生命有機會朝著氧氣穩(wěn)定、高含量的未來發(fā)展。哈滕伯格異常代表了一扇這樣的生命之窗?？挤蚵容^了氧的跳躍和另一個氧綠洲，洛瑪貢迪事件后不久。洛瑪貢迪事件被描述為一個錯誤的開始，當時氧氣濃度上升到可以維持一些生命的水平，然后再次下降。直到?jīng)]有氧氣，氧氣才會上升到今天的水平。這是新元古代的一種同位素異常，與NOE有廣泛的時間聯(lián)系，但其起伏結(jié)構(gòu)與GOE非常相似。
元古宙的兩端都有大陸裂谷、冰期和劇烈的碳漲落；就像GOE可能負責簡單真核生物的進化一樣，NOE也參與了多細胞生物的進化。因此GOE引入了真核生物，真核生物是一種微生物，其細胞中含有一層膜包裹的細胞核，而NOE引入了更為復雜的動物。這些地球歷史上的特殊事件，每個都孕育著一個進化試驗池，孕育著新的生命形式。哈滕伯格異常是如何與這些事件相適應的，或者它究竟會產(chǎn)生怎樣的進化結(jié)果，仍有待觀察。
在GOE和NOE之間的這段時間里，在一個幾乎不適宜居住的星球上，可以居住的小區(qū)域或氣泡會突然出現(xiàn)，但雷達上的這些光點是可逆的。冰蓋的移動或沒有侵蝕會減少光合作用所需的氮和磷等元素，導致氧和碳的特征消失。臨界點出現(xiàn)在寒武紀，那時地球一直處于充氧狀態(tài)。我們今天也看到了類似的異常現(xiàn)象；在大多數(shù)氧氣充足的大氣中，仍然有缺氧的環(huán)境，在那里生命掙扎著生存或采取另一種進化途徑：
內(nèi)海、地下洞穴和海洋死亡區(qū)，在那里硫酸鹽或硝酸鹽呼吸者持續(xù)存在，而世界其他地方呼吸著氧氣。現(xiàn)代地球仍然存在缺氧環(huán)境，如果你去黑海，仍然可以在現(xiàn)代海洋中找到當?shù)氐娜毖醐h(huán)境。在這項研究中，異常是氧。今天的異常是缺氧。在對納米比亞其他地區(qū)的巖石進行了深入研究的同時，包含哈滕伯格異?，F(xiàn)象的巖層在許多剖面上都被侵蝕掉了，這使得關(guān)鍵的數(shù)據(jù)片段丟失了幾十年。
科羅拉多學院(Colorado College)的地質(zhì)學教授保羅·麥羅(Paul Myrow)博士說：每一項同位素研究都必須考慮到，分析氧的上升是否受到限制，是否在整個古代海洋或不同的古代大陸廣泛傳播。我們能得到這個答案的方法之一是看看哈滕伯格異常的信號是否能與世界各地相匹配，如果這種轉(zhuǎn)變同時發(fā)生在不同的大洲，那么我們就能對全球化更有信心。當?shù)厍虻暮Ｑ蠡瘜W、構(gòu)造板塊和居民處于如此不平衡的狀態(tài)時：
以今天的標準來看，地球的低氧和不穩(wěn)定的大氣可能被認為是非常危險的。隨著地球的變化，青少年時期的尷尬表現(xiàn)為惡臭、硫磺坑、多毛的生活環(huán)境、住宿環(huán)境的喜怒無常以及對共同居住者的不敬。哈滕伯格異?，F(xiàn)象是向地球邁出的一小步，它使地球的臟衣服變干，清理干凈，并為后來進化的生命形式變得可接受。這項研究部分是由NASA天體生物學通過外太空生物學和進化生物學項目支持。
博科園-科學科普｜文：Emily Moskal/Space
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