산소의 지질학적 역사

Geological history of oxygen
o2 지구 대기 중 축적.빨간색과 녹색 선은 추정 범위를 나타내며, 시간은 수십억 년 전(Ga)으로 측정된다.
스테이지 1(3.85~2.45 Ga): 실질적으로 대기 중 O는 없습니다2.
2단계(2.45~1.85Ga): O가2 생성되지만 바다와 해저 암석에 흡수된다.
3단계(1.85–0.85 Ga): O는2 바다에서 가스를 방출하기 시작하지만 육지 표면과 오존층 형성에 의해 흡수된다.
스테이지 4 및 5 (0.85 Ga – 현재):싱크대가2 가득 차면 가스가 [1]축적됩니다.

광합성이 진화하기 전에, 지구의 대기활성산소가 없었다2.[2]폐기물로 O를 생산한2 광합성 원핵 생물들은 대기 [3]중 유리 산소가 처음 축적되기 훨씬 이전, 아마도 35억 년 전에 살았다.그들이 생산한 산소는 환원성 미네랄,[citation needed][1] 특히 철분을 풍화시킴으로써 바다에서 빠르게 제거되었을 것이다.이 녹은 해저에 산화철을 퇴적시켜 띠 모양의 철을 형성했다.그래서 바다는 녹슬고 빨갛게 변했다.산소는 대산소 [4]사건이 일어나기 약 5천만 년 전에 대기 중에 소량만 남아 있기 시작했다.이러한 대기의 대량 산소화로 인해 유리 산소가 빠르게 축적되었다.현재의 1차 생산 속도로는, 오늘날의 산소 농도는 2,000년 [5]후에 광합성 유기체에 의해 생산될 수 있다.식물이 없을 때 광합성에 의한 산소 생성 속도는 선캄브리아기에 더 느렸고, 달성된 O의2 농도는 오늘날의 10% 미만이었고 아마도 크게 변동했을 것이다. 산소는 약 19억 [6]에 대기에서 다시 사라졌을 수도 있다.이러한 산소 농도의 변동은 생명체에 직접적인 영향을 거의 주지 않았으며, 대멸종5억 3880만 [7] 캄브리아기가 시작될 무렵에 복잡한 생명체가 출현할 때까지 관찰되지 않았다.O
2 존재는 삶에 새로운 기회를 제공했다.
호기성 신진대사는 혐기성 경로보다 더 효율적이며, 산소의 존재는 생명체가 [8][9]탐험할 수 있는 새로운 가능성을 만들었다.캄브리아기가 시작된 이후 대기 중 산소 농도는 대기 [10]부피의 15%에서 35% 사이에서 변동했다.최대 35%는 석탄기 말기(약 3억 년 전)에 도달했으며, 이는 곤충, 밀리페드, [9]전갈을 포함한 다양한 절지동물의 큰 크기에 기여했을 수 있다.화석 연료의 연소와 같은 인간 활동은 상대적인 이산화탄소 농도에 영향을 미치지만, 훨씬 더 큰 산소 농도에 미치는 영향은 [11]덜 중요하다.

생활에 미치는 영향

대산소 사건은 진화 과정에 첫 번째 큰 영향을 끼쳤다.대기 중의 산소가 급격히 축적되면서 산소에 의존하지 않은 많은 생물들이 죽었다.[9]대기 중의 산소 농도는 종종 아발론 폭발, 캄브리아기 폭발, 동물 신체 [12]크기의 추세, 그리고 다른 다양화와 멸종 [9]사건들과 같은 대규모 진화 현상의 가능한 원인으로 언급된다.

데이터는 대산소 이벤트 직후에 생물 부피가 100배 이상 증가했으며, 지질 [12]기록의 후반부에서 대기 산소와 최대 신체 크기 사이에 중간 정도의 상관관계가 있음을 보여준다.대기 중 산소 농도가 35%에 달했던 석탄기에 많은 절지동물의 크기가 컸던 것은 이러한 생물들의 [13]신진대사에서 확산의 역할을 제한했기 때문이다.하지만 Haldane의 에세이는[14] 이것이 곤충에게만 적용될 것이라고 지적한다.하지만, 이러한 상관관계에 대한 생물학적 근거는 확고하지 않고, 많은 증거들은 현대 [9]곤충들의 산소 농도가 크기 제한을 받지 않는다는 것을 보여준다.생태학적 제약은 예를 들어 익룡, 새, [9]박쥐와 같은 비행 경쟁자들의 출현과 같이, 석탄기 이후의 잠자리들의 작은 크기를 더 잘 설명할 수 있습니다.

산소 농도 상승은 그러한 주장의 배후에 있는 생리학적 논쟁은 의심스럽지만, 진화적 다양화의 여러 요인 중 하나로 인용되고 있다. 그리고 산소 농도와 진화 속도 사이의 일관된 패턴은 [9]명백하지 않다.산소와 진화 사이의 가장 유명한 연결고리는 복잡한 다세포 생물이 화석 기록에서 처음 발견된 눈덩이 빙하가 끝날 때 일어난다.낮은 산소 농도와 질소 고정의 진화 이전에는 생물학적으로 이용 가능한 질소 화합물이 제한적으로 공급되었고 주기적인 "질소 위기"는 바다를 생명체가 [9]살기에 적합하지 않게 만들 수 있었다.상당한 농도의 산소는 복잡한 [9]생명체의 진화를 위한 필수 조건 중 하나일 뿐이었다.균일한 원리에 기초한 모델(즉, 현재의 해양 역학을 깊은 시간으로 추정)은 그러한 농도가 화석 [9]기록에 처음 나타나기 직전에만 도달했음을 시사한다.또한, 거시적 생명체를 억제하는 것과 유사한 무독성 또는 화학적으로 "악질적인" 해양 조건은 초기 캄브리아기를 지나 백악기 후반에도 반복되며, 이 [9]시기에는 생명체에 뚜렷한 영향을 미치지 않습니다.이것은 해양 퇴적물에서 발견되는 지구 화학적 신호가 캄브리아기 이전의 대기를 다른 방식으로 반영한다는 것을 암시할 수 있다 - 아마도 플랑티보리가 [7][9]없을 때 근본적으로 다른 형태의 영양 순환의 결과일 것이다.

산소가 풍부한 대기는 풍화작용을 통해 암석으로부터 인과 철분을 방출할 수 있으며,[2] 이러한 원소들은 산화물로써 신진대사가 필요한 새로운 종의 유지에 사용할 수 있게 됩니다.

레퍼런스

  1. ^ a b Holland, H. D. (2006). "The oxygenation of the atmosphere and oceans". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 361 (1470): 903–915. doi:10.1098/rstb.2006.1838. PMC 1578726. PMID 16754606.
  2. ^ a b Zimmer, Carl (3 October 2013). "Earth's Oxygen: A Mystery Easy to Take for Granted". New York Times. Retrieved 3 October 2013.
  3. ^ Dutkiewicz, A.; Volk, H.; George, S. C.; Ridley, J.; Buick, R. (2006). "Biomarkers from Huronian oil-bearing fluid inclusions: an uncontaminated record of life before the Great Oxidation Event". Geology. 34 (6): 437. Bibcode:2006Geo....34..437D. doi:10.1130/G22360.1.
  4. ^ Anbar, A.; Duan, Y.; Lyons, T.; Arnold, G.; Kendall, B.; Creaser, R.; Kaufman, A.; Gordon, G.; Scott, C.; Garvin, J.; Buick, R. (2007). "A whiff of oxygen before the great oxidation event?". Science. 317 (5846): 1903–1906. Bibcode:2007Sci...317.1903A. doi:10.1126/science.1140325. PMID 17901330. S2CID 25260892.
  5. ^ Dole, M. (1965). "The Natural History of Oxygen". The Journal of General Physiology. 49 (1): Suppl:Supp5–27. doi:10.1085/jgp.49.1.5. PMC 2195461. PMID 5859927.
  6. ^ Frei, R.; Gaucher, C.; Poulton, S. W.; Canfield, D. E. (2009). "Fluctuations in Precambrian atmospheric oxygenation recorded by chromium isotopes". Nature. 461 (7261): 250–253. Bibcode:2009Natur.461..250F. doi:10.1038/nature08266. PMID 19741707. S2CID 4373201.
  7. ^ a b Butterfield, N. J. (2007). "Macroevolution and macroecology through deep time". Palaeontology. 50 (1): 41–55. doi:10.1111/j.1475-4983.2006.00613.x. S2CID 59436643.
  8. ^ Freeman, Scott (2005). Biological Science, 2nd. Upper Saddle River, NJ: Pearson – Prentice Hall. pp. 214, 586. ISBN 978-0-13-140941-5.
  9. ^ a b c d e f g h i j k l Butterfield, N. J. (2009). "Oxygen, animals and oceanic ventilation: An alternative view". Geobiology. 7 (1): 1–7. doi:10.1111/j.1472-4669.2009.00188.x. PMID 19200141. S2CID 31074331.
  10. ^ Berner, R. A. (Sep 1999). "Atmospheric oxygen over Phanerozoic time". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (20): 10955–10957. Bibcode:1999PNAS...9610955B. doi:10.1073/pnas.96.20.10955. ISSN 0027-8424. PMC 34224. PMID 10500106.
  11. ^ Emsley, John (2001). "Oxygen". Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. pp. 297–304. ISBN 978-0-19-850340-8.
  12. ^ a b Payne, J. L.; McClain, C. R.; Boyer, A. G.; Brown, J. H.; Finnegan, S.; al. (2011년)"산소 광합성의 진화적 결과: 신체 크기의 관점"광합성. 문제 1007: 37-57.DOI 10.1007/s11120-010-9593-1
  13. ^ Polet, Delyle (2011). "The Biggest Bugs: An investigation into the factors controlling the maximum size of insects". Eureka. 2 (1): 43–46. doi:10.29173/eureka10299.
  14. ^ Haldane, J.B.S., On being the right size, paragraph 7
  15. ^ Navarro-González, Rafaell; McKay, Christopher P.; Nna Mvondo, Delphine (Jul 2001). "A possible nitrogen crisis for Archaean life due to reduced nitrogen fixation by lightning" (PDF). Nature. 412 (5 July 2001): 61–64. Bibcode:2001Natur.412...61N. doi:10.1038/35083537. hdl:10261/8224. PMID 11452304. S2CID 4405370.

외부 링크