Undersøgelse puster nyt liv i 2,3 milliarder år gamle Great Oxidation Event

Forskning ledet af University of St Andrews og offentliggjort i går (mandag 6. februar) i Natur - giver ny indsigt i, hvordan livet udviklede sig sammen med ændringer i kemien på Jordens overflade. Disse forskere undersøgte geokemiske registreringer af Jordens 'Store Oxidationshændelse' for 2,3 milliarder år siden, og fangede for første gang kvælstofcyklussens reaktion på denne store overgang i Jordens overflademiljø.

Studiet, som blev ledet af Dr. Aubrey Zerkle fra School of Earth &Environmental Sciences i St Andrews, udfylder et hul på ~ 400 millioner år i geokemiske optegnelser om en dramatisk ændring, der skete halvvejs gennem Jordens historie, når ilt (O2) først ophobes i atmosfæren.

Dr Zerkle forklarede:"Den 'Store Oxidationshændelse' var uden tvivl den mest dramatiske miljøændring i Jordens historie. Det var afgørende for udviklingen af ​​det gæstfrie miljø, som vi bebor i dag, da det var en forudsætning for udviklingen af ​​dyr, der universelt kræver, at O2 lever.

"Katastrofale omvæltninger i tidligere overfladeforhold som disse giver et kritisk vindue for jordforskere til at studere, hvordan biosfæren reagerer på ændringer i miljøet. At forstå, hvordan livet på denne planet reagerede på geokemiske ændringer i fortiden, vil hjælpe os med mere klart at forudsige svaret på fremtidige ændringer, herunder Jordens opvarmningsklima. Det vil også informere vores søgning efter beboelige planeter i andre solsystemer. "

Rock Rockkernerne Dr Zerkle og hendes kolleger studerede, fra National Core Library i Donkerhoek, Sydafrika, for nylig er blevet brugt til at datere forekomsten af ​​den store oxidationshændelse, og give nøgleindsigt i, hvordan denne begivenhed påvirkede tilgængeligheden af ​​nitrogen. Kvælstof er et vigtigt element i alle levende organismer, nødvendig for dannelse af proteiner, aminosyrer, DNA og RNA. Som et vigtigt "næringsstof", kvælstof kontrollerer derfor den globale primære produktivitet, som igen regulerer klimaet, forvitring, og mængden af ​​ilt på Jordens overflade.

På trods af nitrogens betydning for livet, der var store huller i de tidligere geokemiske optegnelser over, hvordan nitrogencyklussen har reageret på kritiske begivenheder i Jordens historie. Resultatet af Dr Zerkles forskning er et unikt sæt højopløselige registreringer af nitrogenisotoper i sedimentære bjergarter, der registrerer miljøforholdene under den store oxidationshændelse. Disse detaljerede optegnelser dokumenterer den umiddelbare begyndelse af et moderne nitratdrevet økosystem i moderne stil, vises samtidigt med det første bevis for O2 i atmosfæren.

Hun forklarede:"Vores data viser den første forekomst af udbredt nitrat, som kunne have stimuleret den hurtige diversificering af komplekse organismer, varmt i hælene på global iltning. Byggestenene var tilsyneladende på plads, det spørgsmål, der er tilbage, er, hvorfor eukaryotisk udvikling tilsyneladende var gået i stå i endnu en milliard eller flere år. "

Resultaterne understøttes af en nylig undersøgelse af selenisotoper på tværs af det samme tidsinterval af forskere, herunder Dr. Eva Stüeken fra University of St Andrews. Dr Stüeken og kolleger fandt ud af, at selencyklussen blev forstyrret på en måde, der kun kan forklares ved en ekspansion af ilt i overfladehavet - nok til at generere nitrat og potentielt understøtte komplekst liv. Dr. Andrey Bekker fra UC-Riverside, der var medforfatter til begge undersøgelser, forklarede:"Vi ved nu, at redox -betingelser var gunstige for, at komplekst liv kunne udvikle sig umiddelbart efter den store oxidationshændelse. Spørgsmålet er, om der ikke udviklede sig eukaryoter i det tidlige paleoproterozoikum, hvad er de andre iboende kontroller, der bestemmer livets udvikling? "