耶鲁大学研究揭示复杂生命为何需要如此长的时间才能出现

如果你喜欢春天的玫瑰花香、夏天的鸟鸣声和秋天的落叶色彩，那么你应该感谢臭氧层的稳定。 臭氧层位于平流层，保护地球免受有害紫外线辐射，在维持地球生物多样性方面发挥着至关重要的作用。现在，我们也许能更好地理解为什么臭氧层需要如此长的时间 - 20多亿年才得以形成。

一项新的由耶鲁大学领导的研究表明，地球早期的大气层中碘和氧之间发生了一场大决战--有效地推迟了稳定臭氧层的形成，而稳定臭氧层将保护复杂生命免受太阳紫外线辐射（UVR）的伤害。

《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academies of Science）上的一项研究描述了这一新理论，它可能会解开数百年来困扰科学家的一个谜团。耶鲁大学地球和行星科学博士生、新研究的第一作者和通讯作者刘京军（音译）说："地球上复杂生命的起源和多样化仍然是自然科学中最深奥、最持久的问题之一。"

事实上，科学家们一直想知道为什么陆地植物直到4.5亿年前才在地球上出现，尽管它们的祖先蓝藻已经存在了27亿年。 同样，在寒武纪（5.41 到 4.85 亿年前）之前也没有复杂的陆地动物或植物化石，尽管有更早的微化石证据。

解释研究的视频短片。 来源：耶鲁大学

"现有的唯一解释是，这种延迟是进化的固有特征--需要大量的时间，"地球和行星科学教授、耶鲁大学天然碳捕获中心教员、新研究的资深作者诺亚-普拉纳夫斯基（Noah Planavsky）说。"然而，这种观念无法解释复杂生命是如何以及为何起源和多样化的"。

新的研究表明，除了时间的需要之外，还有其他原因：海洋中碘浓度的升高导致地球臭氧层的稳定被推迟，从而阻碍了大气中紫外线防护罩的形成。

臭氧的产生取决于大气中的氧气和背景紫外线辐射。 科学家们普遍认为，一旦地球大气中的氧气浓度达到相当高的水平，地球就会形成臭氧层，使生物进化不受阻碍地进行。

刘说："我们通过考虑地球不断演变的碘循环可能如何影响臭氧的丰度和稳定性，对这一范式提出了挑战。"

在这项研究中，一个由耶鲁大学领导的研究小组分析了多种独立的地质证据，并开发了一个海洋-大气模型来重建早期地球的碘-臭氧动态。 研究人员发现，在地球历史的大部分时间里，海洋碘化物（碘与另一种元素结合形成盐时形成）含量普遍偏高，这将导致在氧气增加后向大气中排放大量无机碘--有可能破坏臭氧。

碘破坏臭氧的机制与氟氯化碳（CFC）在南极洲上空造成"臭氧洞"的过程相似。 当 CFC 发生光解作用时，它们会释放出活性氯，从而催化破坏平流层中的臭氧，导致南极洲大陆上空的臭氧在问题最严重时消耗了 50%。

Planavsky 说："碘驱动的臭氧破坏催化循环遵循类似的过程，而且在动力学上比涉及活性氯的催化循环要快得多。我们的光化学计算表明，即使海洋无机碘排放量适度增加，也会导致整个大气层的臭氧消耗量比现代水平增加数十倍甚至数百倍。"

刘指出，在全球范围内，不稳定的低臭氧水平可能从24亿年前一直持续到大约5亿年前。在这一时期，即使氧气产量很高，大气中的臭氧含量也可能很低，而且很可能不稳定，从而导致地球表面周期性或持续性的太阳紫外线高通量。

编译自/scitechdaily