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罗根明,谢树成等 地学院/BGEG国家重点实验室 Nature Communications,2018,Nitrogen fixation sustained productivity in the wake of the Palaeoproterozoic Great Oxygenation Event

近日,《Nature Communications》在线刊发了我校地球科学院和生物地质与环境地质国家重点实验室学科团队的研究论文——Nitrogen fixation sustained productivity in the wake of the Palaeoproterozoic Great Oxygenation Event。该文第一作者为罗根明副教授。

氮是生命活动所必须的元素,是蛋白质和脱氧核糖核酸等大分子的基本组成元素。环境中生物活性氮的可获得性是影响初级生产力,进而影响气候的重要因素。此外,氮的微生物代谢对环境有着显著的影响,如在反硝化过程(denitrification)中,微生物会产生大量温室气体N2O,进而导致气温升高。氮循环过程中,不同含氮化合物之间的转化与环境的氧化还原条件密切相关。因而,阐明氮在自然界的转换及地质演化历史是人们所关注的重大问题。

针对氮代谢微生物功能群和氮循环的早期演化及其对生物演化的影响,研究团队对古元古代早期第一次大氧化事件(Great Oxygenation Event, GOE)这一时间段开展了系统的工作。通过与美国MITRoger Summons教授,Shuhei Ono博士,以及南非Johnnesburg UniversityNic Beukes教授的合作,基于三个岩芯钻孔高精度和高分辨的多硫同位素资料,构建了大气从无氧大气转化到含氧大气的准确时间和具体过程,相关工作已经于2016年发表在SCIENCE子刊Science Advances上(Luo et al., 2016, Science Advances 2, e1600134)。

在上述工作的基础上,团队对这三个钻孔开展了系统的氮同位素分析工作。分析显示在GOE之前,海洋表层水体含有微量的氧气或者表层海洋局部存在含氧量较高的水体,这些微量的氧气促发了氮的氧化代谢和循环。但此时海洋中的氮还主要以氨氮的形式存在。这一过程可能一直持续到GOE事件的早期阶段。随着环境氧气含量的进一步升高,氨氮和硝态氮都不能在环境中稳定存在,进而可能导致海洋中生物可利用氮的缺乏(氮的饥荒)。

该项研究表明:氮的饥荒可能只是一次短暂的事件,事件促发了固氮微生物功能群的发展,维持了海洋生态系中生物代谢所需的氮源。固氮微生物功能群的发展为大气氧含量的进一步升高和真核生物的出现和演化铺平了道路。

1 第一次大氧化事件(GOE)期间不同大气氧含量背景下的氮循环特征的简易模式图


论文信息:

Title: Nitrogen fixation sustained productivity in the wake of the Palaeoproterozoic Great Oxygenation Event

Authors: Genming Luo, Christopher K. Junium, Gareth Izon, Shuhei Ono, Nicolas J. Beukes, Thomas J. Algeo, Ying Cui, Shucheng Xie & Roger E. Summons.

Source: Nature Communications, (2018) 9: 978

Published online: 07 March 2018

DOL: 10.1038/s41467-018-03361-2

Http://www.nature.com/articles/s41467-018-03361-2