作为学术界影响广泛、竞争激烈而闻名的国际三大学术期刊，《Nature》《Science》《Cell》以科研论文“天花板式”的级别存在于世，能在上述刊物正刊发表学术论文，代表着个人或是团队的学术造诣已经达到了国际领先水平。6月1日，国内地质学界一篇新作首登于三大国际权威学术期刊之一的《Nature》上，这是来自国内老牌地质名校成都理工大学沉积地质研究院的沉积与生物地球化学国际研究中心李超教授研究团队最新学术研究成果。

记者在采访中了解到，这篇题为“Uncovering the Ediacaran phosphorus cycle”（“解密埃迪卡拉纪磷循环”）的重要研究成果，利用团队新近研发的能够直接追踪古海洋磷含量的碳酸盐结合态磷酸盐（简称CAP）技术，重建了地质关键期埃迪卡拉纪（6.35-5.39亿年间）古海洋溶解磷含量波动，发现了埃迪卡拉纪海洋生命营养元素磷含量和海洋氧化程度之间具有不同于现代海洋的解耦关系，提出了外部因素是埃迪卡拉纪海洋乃至早期地球缺氧海洋实现氧化的原始驱动力假说。这一学术研究成果为近年来国际地质学界地球宜居性演化研究提供了新的科学背景和研究思路，亦是一次对这一地质学前沿领域的研究深度和广度的有力拓展，也代表了成都理工大学在地质研究领域扎实地迈上又一学术新峰。

2021年研发出“CAP”技术指标

为团队揭开古海洋中溶解P含量波动铺下基石

“我们的地球，有着45-46亿年的演化历史。这一成果揭示了占地球演化史超过80%的前寒武纪（5.39亿年前）海洋维持漫长缺氧状态的根本原因和早期地球缺氧海洋最终实现氧化的根本机制，极大深化了人类对于地球宜居性演化的理解。”李超向记者介绍。磷（P）作为关键生命营养元素是控制现代和地质历史时期生产力大小的首要营养盐，而氧气（O2）则是复杂真核生命代谢所必需的氧化剂。二者之间的演化关系是地球宜居性演化研究的关键环节。“现代海洋中P和O2在地质时间尺度上（即百万年尺度上）存在负反馈关系，其维持着地球系统处于相对稳定的氧化状态，为我们人类和复杂真核生命的生存提供了基本保障。”

据之前多项研究表明：前寒武纪海洋在很大程度上是以缺氧分层为主，氧化可能仅存在于海洋的表层浅水等区域。那么，现代和显生宙氧化海洋P-O2循环负反馈过程是否也存在于以缺氧分层为主要特征的前寒武纪海洋？记者在采访中了解到，此前对于这一重大科学问题的回答还很不明确，根本原因在于人类缺乏能够直接追踪古海洋溶解P含量波动的定量指标。李超教授团队早在2021年就成功研发了能够直接追踪古海洋P含量的CAP技术指标。CAP技术指标的研发成功为上述重大科学问题的回答提供了可能。

收集4个古大陆“地质剖面样品”

证实与氧化海洋中P-O2循环耦合关系不同之处

在中国、澳大利亚、美国相关研究人员帮助下，李超教授团队收集了来自中国、澳大利亚、美国和墨西哥4个古大陆6条不同地区典型埃迪卡拉纪地质剖面样品并分析了相应的CAP记录。“这些剖面和样品，记录了早期地球海洋一次重要的氧化事件。”李超告诉记者。研究结果表明当时古海洋中P含量的变化与海洋的氧化程度是解耦的，这与显生宙（5.39亿年以来）氧化海洋中P-O2循环耦合关系截然不同。

“本研究观察到的海洋内部P-O2循环的解耦或者极弱的耦合关系很可能存在于整个前寒武纪。”李超表示，这一P-O2循环解耦或弱耦合关系将把前寒武纪海洋系统锁定在一个长期稳定的缺氧状态，而海洋的氧化则需要海洋外部的因素驱动才能实现，这就解释了为何漫长的前寒武纪能够一直稳定处于主体缺氧状态，而依赖于氧气生存的复杂生命要经历漫长的前寒武纪在显生宙才能出现大爆发。

该成果得到了国家自然科学基金（41825019, 42130208, 41821001）、国家重点研发计划项目（2022YFF0800100）、中国博士后国际交流计划、中国博士后科学基金、“Forrest”研究基金、西澳大学地球科学系和NASA天体生物学研究所（合作协议NNA15BB03A）的资助。

据了解，这一突破性成果是过去近20年里，李超教授及团队在晚新元古代-古生代早期，特别是埃迪卡拉纪古海洋环境大量研究工作积累的一次集中体现。李超教授研究团队注重以技术创新驱动科学创新，连续在Science、PNAS、Geology、EPSL、GCA、Science Bulletin、Science China: Earth Science等国内外重要学术刊物上发表相关论文，逐步形成了以分层海洋化学结构耦合碳-氧-硫-磷循环为特征的前寒武纪大气-海洋系统演化理论体系。目前，成都理工大学依托沉积地质研究院和油气藏地质及开发工程全国实验室成立了以李超教授领衔的“沉积与生物地球化学国际研究中心”，旨在打造国际一流的研究与技术平台，期待与国内外同行携手共进，共攀地球科学高峰。

供图：成都理工大学