6億年前，深海動物第一次擁有了"吸氧自由"
5.38億-6.35億年前，深海海水可能已經(jīng)開始大規(guī)模氧化，在此期間，大量復(fù)雜的多細(xì)胞生物出現(xiàn)在海洋中，這被認(rèn)為是地球生命進(jìn)化的一個關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點。然而，過去的研究一直認(rèn)為深海仍然是缺氧的。
二月初，記者從中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物學(xué)研究所獲悉，王煒等人的最新研究成果表明，五億三千八百萬至六億三千五百萬年前的深?？赡芤验_始大規(guī)模氧化，有關(guān)成果已于一月底在國際著名的地質(zhì)雜志網(wǎng)上發(fā)表。
氧氣是復(fù)雜的多細(xì)胞生物生存和繁殖的重要條件之一。現(xiàn)代海洋從淺水到深海都有足夠的氧氣供動植物生存，例如馬里亞納海溝，它位于西太平洋11000米深，魚類和其他動物在那里被證實存活，但五億年前的古老海洋卻沒有。
人們普遍認(rèn)為，現(xiàn)代氧化海洋的胚胎形態(tài)是在幻影植物(約5.4億年前至今)完全出現(xiàn)之后形成的，以前的海洋環(huán)境總是在氧化和缺氧之間反復(fù)出現(xiàn)。
近年來，科學(xué)家在埃迪卡拉地層中發(fā)現(xiàn)了大量由復(fù)雜的多細(xì)胞生物組成的化石生物群，如"藍(lán)田生物群"、"翁安生物群"、"苗河生物群"和"石板灘生物群"等。
與中科院地球科學(xué)與地球物理研究所的同事、副研究員王煒、助理研究員關(guān)成國、南京地質(zhì)古生物學(xué)研究所研究員周傳明合作，結(jié)合巖石學(xué)和礦物學(xué)分析，揭示出埃迪卡拉海洋硫酸鹽池容量高于先前的估計，說明當(dāng)時深海可能已開始大規(guī)模氧化。
硫同位素法是恢復(fù)古海洋環(huán)境的重要手段之一，在地質(zhì)和歷史時期，古海洋環(huán)境的恢復(fù)以地球化學(xué)為主，硫同位素是最常用的地球化學(xué)指標(biāo)之一，在大氣含氧量普遍較低的情況下，陸生硫酸根離子是海洋中一種重要的氧化劑，對古海洋深水區(qū)域的氧化起著關(guān)鍵作用。充分的硫酸鹽池是古海洋深水氧化的重要前提。
在地質(zhì)歷史時期，古海洋中的硫酸鹽濃度不能直接測量，其濃度水平一般以古代海洋中硫同位素分餾的程度為特征。王煒認(rèn)為，傳統(tǒng)的硫同位素方法以往大多采用全巖分析，缺乏系統(tǒng)的巖石學(xué)和礦物學(xué)分析，沒有充分考慮沉積硫化物(如黃鐵礦)的形成過程和后期成巖過程的復(fù)雜性。早期的方法可能會使從古海水中提取的同位素信號疊加其他介質(zhì)的信號(如孔隙水、晚成巖階段的地下水)，從而使我們對當(dāng)時海水氧化還原狀態(tài)的理解出現(xiàn)偏差。
研究人員以新鮮藍(lán)田巖心樣品為研究對象，對巖樣進(jìn)行了仔細(xì)的切片和拋光，在光學(xué)顯微鏡下仔細(xì)觀察了黃鐵礦的形態(tài)特征，發(fā)現(xiàn)黃鐵礦具有不同的形態(tài)特征，并利用掃描電子顯微鏡觀察了微米級黃鐵礦的形貌，用SIMS質(zhì)譜法原位測定了黃鐵礦的同位素組成。
根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)模型對當(dāng)時海洋中的低濃度硫酸鹽進(jìn)行了估算，得出了以前嚴(yán)重低估了埃迪卡拉深水區(qū)硫酸鹽濃度的結(jié)論，海洋中硫酸鹽池容量可能已足以滿足深海水的氧化，表明古海洋深海水在"雪球地球事件"結(jié)束后可能已開始大規(guī)模氧化，從而為復(fù)雜多細(xì)胞生命的發(fā)育提供了保證。
本研究的結(jié)果從一個新的角度推翻了以往關(guān)于古海洋深水氧化能力的研究，認(rèn)為六億年前的古海水深水區(qū)已經(jīng)具備了大規(guī)模氧化的能力，為深海復(fù)雜生命的出現(xiàn)提供了有利的保障，也解釋了六億年以來深海中出現(xiàn)的"藍(lán)場生物群"，同時指出了整個巖石硫同位素指數(shù)在古環(huán)境重建中的局限性，并給出了相應(yīng)的解決方案。
