地球上最早的生命并不需要“呼吸”氧气，但是大气中如果没有能够自由呼吸的氧气，早期生命除了绿藻也就剩不下什么了。传统观点认为，通过光合作用产生的氧气大约于距今24亿年前在地球上站稳了脚跟，这几乎占这颗星球历史的一半时间。然而新的实验室研究结果却对这一“大氧化事件”的姗姗来迟提出了挑战。
一直有研究人员相信，氧气在30亿年前便已出现在地球上，但是2000年，美国学院公园市马里兰大学的地质化学家James Farquhar发明了一种与硫同位素有关的非常棒的技术，将这一大氧化事件的发生年代定格在距今24亿年前。在一个化学反应中，相同元素的不同同位素的比例会发生变化。通常情况下，这些变化依赖于同位素的质量。然而Farquhar发现，在距今24亿年前，3种硫同位素之间的同位素变化却不依赖于同位素的质量。就像人们所知道的那样，这种非质量分馏（MIF）只有在无氧大气中进行太阳紫外辐射时才能够实现，同时MIF硫在距今24亿年之后便消失不见了。
然而理论学家最近提出了另一种可能的解释——MIF硫还可能存在于炙热的固体蛋白质中。在一项新研究中，美国大学公园城宾夕法尼亚州立大学的地质化学家Hiroshi Ohmoto和Yumiko Watanabe尝试着调查了这种可能性。他们和Farquhar——主要负责完成关键的同位素分析工作——报告说，在模拟地球早期更为猛烈的温泉条件下，两种氨基酸能够非常少量地产生MIF现象。研究人员在4月17日出版的美国《科学》杂志上报告了这一研究成果。
这篇论文在一段措辞谨慎的结论中提出，新发现的反应模式又重开了地球早期氧化的时间问题。如果无氧大气并非MIF硫的唯一来源，那么氧气很可能在MIF信号消失之前便已存在于地球的大气中。Ohmoto强调：“这至少是一种我们应该加以考虑的可能性。”就个人而言，他说，“我认为我们取得的这些发现符合了我多年前说过的话”，即氧气的出现要比人们的估算提前了数亿年的时间。另一方面，Farquhar依然认为，MIF信号的消失“更有可能”标志着大气中的氧气出现的最早时间。
其他许多专家则倾向于支持Farquhar，他们指出，实验室的研究结果太小了——仅仅占在地质记录中发现的MIF总量的10%，并且对于温泉反应为何在距今24亿年前突然中断也缺乏一个令人信服的解释。美国剑桥市麻省理工学院的地质化学家Shuhei Ono指出：“我认为这一时间（距今24亿年前）依然很有可能是大气中的氧气的起源时间，因此当前有关早期无氧大气的概念依然站得住脚。”（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐原始出处：
Science 17 April 2009:DOI: 10.1126/science.1169289
Anomalous Fractionations of Sulfur Isotopes During Thermochemical Sulfate Reduction
Yumiko Watanabe,1* James Farquhar,2 Hiroshi Ohmoto1
Anomalously fractionated sulfur isotopes in many sedimentary rocks older than 2.4 billion years have been widely believed to be the products of ultraviolet photolysis of volcanic sulfur dioxide in an anoxic atmosphere. Our laboratory experiments have revealed that reduced-sulfur species produced by reactions between powders of amino acids and sulfate at 150° to 200°C possess anomalously fractionated sulfur isotopes: Δ33S = +0.1 to +2.1 per mil and Δ36S = –1.1 to +1.1 per mil. These results suggest that reactions between organic matter in sediments and sulfate-rich hydrothermal solutions may have produced anomalous sulfur isotope signatures in some sedimentary rocks. If so, the sulfur isotope record of sedimentary rocks may be linked to the biological and thermal evolution of Earth in ways different than previously thought.
1 The NASA Astrobiology Institute and Department of Geosciences, Pennsylvania State University, University Park, PA 16802, USA.
2 Department of Geology and Earth System Science Interdisciplinary Center, University of Maryland, College Park, MD 20742, USA.
