▲艺术家重现太古代地球的原始土壤环境，包括由碳酸盐沉淀微生物形成的著名的水生叠层石。特写展现了现代样品照片中常由丝状蓝藻组成的陆地生物结皮。新研究表明这些生物结皮在早期地球的氮循环中发挥了重要作用。
近日，来自ASU的研究员Ferran Garcia-Pichel、来自法国Laboratoire Biogéosciences的Christophe Thomazo以及玛丽?居里博士后Estelle Couradeau在《自然通讯》（Nature Communication）杂志在线发表文章。文章表明早期地球的生物土壤结皮——聚居于现今贫瘠的沙漠中的微生物群落——可能在地球氮循环中发挥了重要作用：孕育早期海洋，并在大气、大陆和海洋之间建立营养联系。
氮元素是生物大分子DNA、RNA和蛋白质的重要组成元素，大多数生物的生存都依赖氮循环。氮气占现今大气的78％，但大多数生物体无法直接使用氮气。原核生物通过固氮作用使氮能被植物和动物所使用。
Garcia-Pichel说：“在产氧光合微生物出现前，地球大气层并没有充满氧气。直到大约24.5亿年前，大氧化事件彻底改变了地球的性质，但一般认为该事件发生在浅海中。”
长期以来人们一直认为地球早期的氮循环是由太古代期间的海洋微生物引起的。但这项研究表明，早在大氧化事件发生前，大约在32亿年前，复杂的生物结皮已经聚居在大陆。
今天，这种生物结皮约占地球土地的12％，由丝状蓝藻组成。丝状蓝藻完成了生物结皮内大部分碳和氮的固定，并为其他地壳微生物提供营养，同时将土壤颗粒结合在一起并为微生物群落提供抗侵蚀性。Garcia-Pichel说：“丝状蓝藻依赖光照，当植物进化并开始增长后，植物枯落物堆积，土壤没有了光照。然而，在植物进化前，没有什么阻止它们在大陆的聚居，因为它们的生长条件非常宽松。”
该团队将他们早期的数据与其他有关文献结合后进行荟萃分析（meta-analysis），结果表明，能进行氮循环的生物结皮能够从大气中输入氮气并输出铵和硝酸盐。在前寒武纪阶段，即便大陆比较贫瘠，生物结皮对氮循环的贡献已经非常之大。
这代表了一种重要的范式转变，未来的研究应该探索这些生物地皮在历史中的延伸程度和它们对其他元素循环的贡献。
现今沙漠中的一些生物地皮遭到破坏，导致土壤容易被侵蚀，进而产生尘埃和沙子。虽然它们对恶劣的环境条件表现出惊人的恢复力，但对人为干扰（践踏、车辆交通和农业）高度敏感。
Garcia-Pichel团队试图在沙漠中恢复生物结皮，过去的5年他们一直试图栽培结皮并将它们重新种植到土地上。这是一项具有挑战性的任务。
编译：伊幻 审稿：阿淼
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