根據(jù)一個(gè)國(guó)際研究小組研究氧與硫的結(jié)合以確定以前的數(shù)字可能是下限，而不是最大值，他們表示，在大約 14 億年前的中元古代，大氣中的氧含量比以前認(rèn)為的要高。

“地球生物學(xué)家感興趣的是，我們知道氧氣在大約 14 億年前上升了，”賓夕法尼亞州立大學(xué) Evan Pugh 大學(xué)地球科學(xué)教授 James F. Kasting 說(shuō)。“有些人認(rèn)為它大于 1%，但另一些人認(rèn)為它要低得多。”

研究人員使用限制氧氣在空氣和海洋之間轉(zhuǎn)移的模型重新分析了其他研究人員在 2018 年獲得的樣本。他們研究了沉積硫酸鹽中氧的三種穩(wěn)定同位素的比例。氧氣 16 是最豐富的形式，而氧氣 17 和 18 的含量則要少得多。

“研究人員一直在關(guān)注氧 18，因?yàn)榕c過(guò)去溫度記錄的氧 16 相比，它是穩(wěn)定的同位素，”卡斯廷說(shuō)。“在這里，我們也研究了氧 17，因?yàn)槿魏文芊逐s氧 18 的東西都會(huì)分餾氧 17 大約一半的量。”

同位素分餾是樣品中發(fā)現(xiàn)的元素的每種同位素的相對(duì)豐度。某些生物和化學(xué)過(guò)程更喜歡一種同位素而不是另一種，因此會(huì)改變預(yù)期的比率。

“我們使用數(shù)據(jù)試圖限制氧氣，但我們證明你不能這樣做，”卡斯廷說(shuō)。“我們的分析相當(dāng)復(fù)雜，但如果你將氧氣水平降至之前建議的低水平，那么你得到的分餾過(guò)多，數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)負(fù)面影響。”

其他人先前的研究估計(jì)氧氣含量上限為 1%，但 Kasting 和他的團(tuán)隊(duì)在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上報(bào)告稱，氧氣含量的下限估計(jì)為 1%。

今天，所有三種氧同位素都被植物和藻類從大氣中去除，但在元古代中期，陸地生物圈要簡(jiǎn)單得多，因?yàn)闆](méi)有維管植物?？赡苡袉渭?xì)胞生物或微生物墊，但這就是全部。

科學(xué)家們對(duì)早期地球大氣中的氧氣含量很感興趣，因?yàn)樯倪M(jìn)化取決于可用的氧氣。像海綿這樣的動(dòng)物——最簡(jiǎn)單的動(dòng)物——在元古代末期出現(xiàn)，它們最少需要 0.5% 到 4% 的氧氣。相比之下，今天的氧氣水平是 21%。

“所以，問(wèn)題就變成了，過(guò)去的氧氣水平是否不足以支持更復(fù)雜的生命，”卡斯廷說(shuō)。“或者是其他什么東西阻止了它的發(fā)展?”

根據(jù)卡斯廷的說(shuō)法，缺乏氧氣會(huì)導(dǎo)致生物體發(fā)育緩慢或沒(méi)有發(fā)育，這已成為一些地球生物學(xué)家的教條。“但它的發(fā)展可能需要很長(zhǎng)時(shí)間。從 1.8 到 8 億年前的時(shí)期通常被稱為‘無(wú)聊的十億’，因?yàn)殡m然大部分時(shí)間氣候溫暖，但有一種停滯。每個(gè)人想知道是什么穩(wěn)定了它。”

元古代末期有海綿。到 5.43 億年前的寒武紀(jì)大爆發(fā)，化石記錄開(kāi)始出現(xiàn)，在海洋沉積物中有無(wú)數(shù)來(lái)自軟殼生物的印記。

“任何比單細(xì)胞生物更復(fù)雜的東西都需要超過(guò) 4% 的氧氣，”卡斯廷說(shuō)。“我們的論文表明有這么多氧氣，但其他論文說(shuō)沒(méi)有。”

根據(jù) Kasting 的說(shuō)法，進(jìn)化生物學(xué)家不喜歡“無(wú)聊的十億”這個(gè)詞，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為變化正在發(fā)生，認(rèn)為動(dòng)物必須比你在化石記錄中看到的更早進(jìn)化。在那段時(shí)間里肯定發(fā)生了一些事情。

“在那段時(shí)間里，氣候穩(wěn)定，可能是氧氣和甲烷之間的反饋，”卡斯廷說(shuō)。“我們想知道氧氣含量是多少，但我們也想知道為什么化石記錄看起來(lái)像這樣。”

賓夕法尼亞州立大學(xué)的第一作者和最近的博士生劉鵬也參與了這個(gè)項(xiàng)目。劉景軍，本科生;和地球科學(xué)系的博士生季傲雙和海洋學(xué)和地球科學(xué)教授Raymond G. Najjar。