摘要：在地球诞生后的最初三十亿年的大部分时间里，海洋中充满了单细胞微生物，它们以缓慢的生化速度生存——它们有生命，但并不复杂。

在地球诞生后的最初三十亿年的大部分时间里，海洋中充满了单细胞微生物，它们以缓慢的生化速度生存——它们有生命，但并不复杂。

它缺乏充足的磷，而磷是每个细胞DNA组装、细胞膜稳定和ATP能量交换所需的营养物质。河流只会将微量的磷滴入海水，导致生物体体积缩小，并限制了其在体型上的进化实验。

那场长期饥荒的证据就在于古老的泥岩中，与较年轻的岩石相比，其中的磷酸盐矿物含量较少。

生产力落后；氧气产量低；食物链隐藏在微观层面。当磷最终激增时，生命获得了构建更大、更复杂结构的基石。

火山混乱与复杂生命

大约 21 亿年前，刚果大陆块和圣弗朗西斯科大陆块撞击在一起。

它们的碰撞挤压了断层，搅动了岩浆，并引发了浅内陆海上的水下火山，现在被保存为加蓬的弗朗斯维尔次盆地。

火山喷发将富含磷的液体直接喷入水中，并将盆地与更广阔的海洋隔开。

蓝藻在这个封闭的泻湖中茁壮成长，随着营养物质的到来，它们迅速释放氧气并埋藏碳。

化学物质的大量繁殖使当地的能量预算增加了许多倍，创造了有利于更大物体和合作细胞集合而不是孤独的细菌漂流者的条件。

化石发现挑战时间线

盆地中的黑色页岩具有圆盘状、带状和叶子状的压痕，长度可达六英寸——在当时是巨大的。

它们规则的轮廓和聚集结构暗示着生物生长，而非奇特的矿物结核。它们出现在显示磷含量峰值的同一沉积层中，将解剖学与化学联系起来。

如果这些形式确实代表多细胞生命，那么它们将复杂生物的出现推迟了大约 15 亿年。

这一飞跃改写了进化的时间线，表明动物并不是第一个尝试大尺寸的生物；当营养物质和氧气短暂地对齐时，早期的原型就浮出水面。

化学与生物学的结合

这项新研究由卡迪夫大学地球生物学家 Ernest Chi Fru 博士领导，将详细的岩石化学与化石测绘结合起来。

“环境中磷的可用性被认为是地球生命进化的一个关键因素，特别是在从简单的单细胞生物向动物和植物等复杂生物的转变过程中，”Chi Fru 博士解释道。

“我们已经知道，海洋磷和海水氧浓度的增加与大约6.35亿年前的一次生物进化事件有关。我们的研究又在记录中增加了另一个更早的事件，即21亿年前。”

通过深入研究该盆地的历史，奇弗鲁博士解释说，大陆块碰撞之后的火山活动很可能将该盆地与全球海洋隔离开来，从而形成了营养丰富的内陆海。

这种稳定的环境支持了丰富的蓝藻光合作用，从而为水体充氧并产生足够的能量来支持更大、更复杂的生命形式，就像在该时期的化石中所看到的那样。

复杂生命实验为何停滞

在弗朗斯维尔泻湖之外，海洋仍然缺乏磷，氧气也很少。大型生物在如此恶劣的环境中生存十分艰难。

盆地的海岸线屏障将生态系统变成了一个生物泡沫；当火山口冷却、营养流减弱时，情况就会恢复，大型生物就会消失。

它们未能扩散表明，只要资源允许，进化就会测试各种可能性，但如果外部环境依然充满敌意，这些尝试就会失败。

复杂性既需要创新，也需要漫游的自由——这是早期元古代世界尚无法提供的。

迈向现代动物的两步

研究人员看到了一条“两步走”的路径。弗朗斯维尔脉动标志着第一步，即大气中氧气含量首次上升。

第二步发生在大约15 亿年后，当时埃迪卡拉纪的另一次氧气激增遇到了更持续的营养供应。

这种串联将复杂的生命提升到了孤立的区域之外，为寒武纪生命大爆发和现在地球上各种动物的出现奠定了基础。

记录暗示，充足的磷可能与氧气一样重要，有助于形成充满活跃且耗能生物的生态系统。如果没有这两个因素的共同作用，生物体往往只能维持微观形态。

为什么这些很重要？

天体生物学家在系外行星大气中搜寻氧气，因为氧气预示着可能存在光合作用。弗朗斯维尔的发现表明，他们也应该测量行星的磷循环。

一个充满氧气但缺乏磷酸盐的世界，可能会在微生物阶段徘徊数亿年。相反，地壳运动导致海洋中磷酸盐的喷洒，或许会加速进化的飞跃。

因此，磷不仅仅是陆地作物的肥料。它还是宇宙中潜在的复杂性调节器，决定着生命是保持微小还是达到新的生物高度。

完整的研究报告发表在《前寒武纪研究》杂志上。

来源：科学红灯区