在過去的5 億年裡，地球上的大氣、海洋和生命之間的相互作用創造了早期生物繁衍生息的條件。一個跨學科科學家團隊在多學科開放取用期刊《國家科學評論》（National Science Review）上發表了一篇關於這段共同演化史的透視文章。

「我們的任務之一是總結過去5億年來大氣和海洋中二氧化碳和氧氣的最重要發現，」論文第一作者、錫拉丘茲大學地球化學教授盧尊禮說。 “我們回顧了這些物理變化如何影響海洋中生命的演化。但這是雙向的。生命的演化也影響著化學環境。要了解如何在漫長的時間尺度內建立一個宜居的地球並不是一件小事。

來自雪城大學、牛津大學和史丹佛大學的研究小組探索了古代生命形式（包括植物和動物）與當前新生代化學環境之間錯綜複雜的反饋作用，新生代大約始於5.4 億年前。

新生代開始時，大氣中的二氧化碳含量很高，而氧氣含量很低。這樣的條件下，許多現代生物很難繁衍生息。但海洋藻類改變了這種狀況。它們從大氣中吸收二氧化碳，將其鎖入有機物中，並透過光合作用產生氧氣。

動物在海洋環境中的生存能力受到氧氣水平的影響。盧正在利用地球化學代用指標和模型模擬，研究在新生代時期，海洋氧氣水平可能在何時何地上升或下降。合著者之一、史丹佛大學地球與行星科學教授喬納森-佩恩（Jonathan Payne）將古代動物的估計代謝需求與化石記錄中動物生存或消失的地點進行了比較。

隨著光合藻類將大氣中的碳清除到沉積岩中，以降低二氧化碳和提高氧氣水平，藻類酶固定碳的效率降低了。因此，藻類必須找出更複雜的方法，在二氧化碳含量較低和氧氣含量較高的情況下進行光合作用。為了實現這一目標，藻類創造了用於光合作用的內部隔間，並對化學成分進行控制。

“對於藻類來說，O2/CO2環境比例的變化似乎是推動光合效率提高的關鍵，”合著者、牛津大學地質學教授羅莎琳德-里卡比說。 “真正耐人尋味的是，這些光合效率的提高可能擴大了許多生命形式的可居住性化學包絡。”

盧指出，古代光合作用者必須適應它們自己創造的物理環境的變化。 “新生代歷史的第一部分是增加生命的宜居性，然後第二部分是適應”。

如果科學家想進一步了解生命與物理環境之間的這種相互作用，以及宜居性的驅動因素和限制因素，作者建議，繪製出化石記錄中顯示的海洋氧氣、光合作用生物標記和動物代謝耐受性的空間模式圖，將是未來的關鍵研究方向。

編譯自/ ScitechDaily