光合作用最早的直接证据是在可追溯到17.5亿年前的化石中发现的。
科学家从澳大利亚、加拿大和刚果民主共和国收集了化石，发现来自澳大利亚和加拿大的样本中含有蓝藻的证据，蓝藻是地球上已知最古老的生命形式。科学家认为，蓝藻最早出现在20亿到30亿年前，然后进化到能够产生氧气或含氧的光合作用。
蓝藻被保存在泥粘土中，随着时间的推移，泥粘土被压实成岩石。研究人员使用一种称为透射电子显微镜（TEM）的技术来观察化石中保存的膜和其他微小细节。
透射电镜不是使用光来对物体进行成像，而是使用电子，电子的波长比光小得多，使我们能够看到更精细的细节，直到原子水平。科学家用电子束轰击样品。一些电子会通过，而一些电子会被物体更密集的部分吸收或散射。
“发现这些膜告诉我们，[这些细胞]确实是进行含氧光合作用的蓝藻，”比利时列日大学古生物学家Emmanuelle Javaux告诉Live Science。“这把这种膜的化石记录推后了12亿年。
Javaux说，确定蓝藻进化产生氧气能力的确切时间是地球自然史上的一个重要里程碑。
提供17.5亿年前光合作用证据的微化石。
大约在24.5亿年前，地球大气中的氧气浓度急剧上升，这就是所谓的大氧化事件。
大气中氧气的增加改变了地球上的生命。它解锁了许多生命形式的有氧呼吸，并提高了矿物质风化和为不同环境提供营养的速度。
然而，科学家们不知道大氧化事件是由含氧光合作用的进化引发的，还是其他生态或地质事件首先发生的。
大氧化事件的确切生物学和物理驱动因素在科学家中引起了激烈的争论。虽然蓝藻光合作用被普遍认为是氧气浓度增加的关键原因，但火山喷发或海洋中铁含量下降等驱动因素也可能发挥了作用。
“如果含氧光合作用很早就进化了，但氧气水平只是在大气中积累得很晚，这表明还有其他过程在起作用，比如有机碳的埋葬，”麻省理工学院的地球生物学家Greg Fournier没有参与这项研究，告诉Live Science。
Fournier说，这项新研究中化石结构的年龄非常符合当前理论的界限，即具有类囊体膜的蓝藻何时出现。
研究人员使用电子显微镜可能为使用相同的成像技术重新分析较旧的现有化石样本铺平道路，以准确确定蓝藻何时首次进化出类囊体膜。
“我们有可能把握这些进化创新的时间，并将它们与生物圈的历史联系起来，”Fournier说。
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