一個(gè)國際團(tuán)隊(duì)通過研究遠(yuǎn)古微生物化石——疊層石發(fā)現(xiàn)，大約27.5億年前，活躍的火山活動(dòng)和海底地?zé)峄顒?dòng)將大量的銨帶到海洋表層，再通過一些化學(xué)作用過程，為微生物提供充足的氮元素。這可能促進(jìn)了海洋生物進(jìn)化，推動(dòng)地球發(fā)生“大氧化事件”。

疊層石是地球上最古老的化石之一，由藍(lán)細(xì)菌等微生物沉積形成，記錄了早期生命活動(dòng)。由英國、德國和南非等多國研究人員組成的團(tuán)隊(duì)報(bào)告說，他們分析了津巴布韋南部出土的疊層石，通過其中的氮-15同位素含量追溯早期的氮循環(huán)，得出了以上結(jié)論。論文發(fā)表在英國《自然-通訊》雜志上。

氮是地球大氣中含量最多的元素，動(dòng)植物體中的蛋白質(zhì)都含有氮，而最重要的含氮礦物是硝酸鹽。氮有兩種天然同位素：氮-14和氮-15，其中氮-14的豐度超過99%。

生物在兩種同位素中偏好氮-14。陸地微生物吸收大氣中的氮，因此陸地有機(jī)物中氮-14更多，氮-15偏少；海洋微生物在無氧條件下通過反硝化作用，將硝酸鹽/亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成一氧化氮和氮?dú)忉尫诺酱髿庵?，更多的?14在此過程中進(jìn)入大氣，留下的有機(jī)物中氮-15含量相對較高。此前人們發(fā)現(xiàn)，形成于28億年前至26億年前的地質(zhì)沉積物中，氮-15含量異常高，這可能就是微生物繁榮導(dǎo)致的。

新研究顯示，這批疊層石形成于27.5億年前至27.3億年前，其中的氮-15含量顯著高于標(biāo)準(zhǔn)值，與當(dāng)時(shí)的全球狀況一致；而同期的深海頁巖中氮-15的含量比標(biāo)準(zhǔn)值要低。在這一時(shí)期，地球表面絕大部分是海洋，地幔翻轉(zhuǎn)造成了劇烈的火山活動(dòng)和海底熱液活動(dòng)。

研究人員認(rèn)為，這些地質(zhì)活動(dòng)使富含銨的深海海水上升到表層，同時(shí)帶來更多銅、鉬、鋅等對生物有用的元素，為淺海微生物的繁榮創(chuàng)造有利條件。微生物光合作用為隨后發(fā)生的“大氧化事件”即大氣中的游離氧含量突然增加打下基礎(chǔ)，并可能促進(jìn)了海洋生物進(jìn)化及生物多樣性發(fā)展。

早期大氣中不含游離氧，微生物光合作用產(chǎn)生的氧氣迅速被還原性物質(zhì)破壞、消耗。大約在26億年前，大氣氧含量突然增加，永久改變了地球環(huán)境和生物圈，而海洋微生物繁榮則被認(rèn)為是增加氧氣供給的一個(gè)重要原因。