虽然只存在于今天的细菌中，但氮酶在光合作用中从水中产生氧气是必不可少的，这使得它在25亿年前水生细菌如何产生地球上第一个分子氧方面发挥了重要作用。

“在地球46亿年存在的一半时间里，大气中只含有二氧化碳和氮气，没有氧气，但当蓝藻(也被称为蓝绿藻)开始利用氮酶产生第一批氧气时，这种情况发生了变化。这导致了大氧化事件，”研究作者约翰·艾伦教授(伦敦大学学院遗传学、进化与环境)解释说。

“但大气中的氧气含量并没有稳步上升，而是在大约20亿年的时间里稳定在2%的体积水平，然后上升到今天的21%。科学家们长期以来一直在争论这种现象的原因，我们认为我们终于找到了一个简单而有力的答案。”

一项研究今天发表在植物科学发展趋势来自伦敦大学学院、伦敦玛丽女王大学和Heinrich-Heine-Universität dseldorf的研究人员首次提出，利用氮酶产生的大气氧气阻碍了这种酶的工作。

这种负反馈循环阻止了氧气的进一步产生，并在大约24亿年前开始了地球历史上的长期停滞。

元古宙持续了近20亿年，生命、海洋、大气成分和气候的进化几乎没有变化，因此有些人称之为“无聊的十亿”。

该研究的合著者威廉·马丁教授(Heinrich-Heine-Universität d sseldorf)说:“关于为什么大气中的氧气水平在这么长一段时间内稳定在2%，有很多想法，包括氧气与金属离子的反应，但值得注意的是，氮酶的关键作用被完全忽视了。”

“我们的理论是唯一一个能够解释全球在如此持续的一段时间内对氧气产生影响的理论，并解释了为什么它能够上升到我们今天看到的水平，促进了地球上生命的进化。”

研究小组表示，直到大约6亿年前植物征服了陆地，这种负反馈循环才结束。

当陆地植物出现时，它们叶片中的产氧细胞与土壤中的含氮酶细胞在物理上是分离的。这种分离允许氧气在不抑制氮酶的情况下积累。

这一理论得到了化石记录证据的支持。化石记录显示，大约4.08亿年前，蓝藻开始在一种叫做异囊的专用细胞中保护氮酶，当时陆地植物的光合作用已经增加了氧气水平。

“氮酶对生命和光合作用过程至关重要，因为它将空气中的氮固定成氨，氨被用来制造蛋白质和核酸，”合著者布伦达·塔克女士(伦敦玛丽女王大学)说。

“我们从实验室条件下对蓝藻的研究中得知，当氮酶高于当前大气浓度的10%(体积比为2%)时，它就会停止工作，因为这种酶会被氧气迅速破坏。尽管生物学家已经知道了这一点，但直到现在，还没有人认为它是地球上最大谜团之一背后的驱动因素。”

这项工作由利华休姆信托基金、欧洲研究理事会、大众汽车基金会和德国研究基金会(DFG)资助。