Jern-silica-partikler i gammelt havvand hjalp cyanobakterier til at ilte jordens oceaner for milliarder af år siden

Iltningen af ​​Jordens atmosfære var takket være, delvis, til jern- og silicapartikler i gammelt havvand, ifølge en ny undersøgelse foretaget af geomikrobiologer ved University of Alberta. Men disse resultater løser kun en del af dette gamle mysterium.

Tidlige organismer kaldet cyanobakterier producerede ilt gennem oxygenisk fotosyntese, resulterer i iltning af Jordens atmosfære. Men cyanobakterier havde brug for beskyttelse mod solens UV-stråling for at kunne udvikle sig. Det er her jern- og silicapartikler i gammelt havvand kommer ind, ifølge Aleksandra Mloszewska, en tidligere ph.d. studerende, der udførte forskningen under vejledning af professorerne Kurt Konhauser og George Owttrim.

Forskerholdet karakteriserede effekten af ​​UV-stress på cyanobakterier og graden af ​​stråling gennem havvandsmediet gennem en kombination af mikrobiologiske, spektroskopisk, geokemiske og modelleringsteknikker. De fandt, at tilstedeværelsen af ​​høje silica- og jernkoncentrationer i tidligt havvand muliggjorde dannelsen af ​​jern-silica-partikler, der forblev suspenderet i havet i længere perioder.

"Træde i kræft, jern-silica-partiklerne fungerede som en gammel solcreme for cyanobakterierne, beskytte dem mod de dødelige virkninger af direkte UV-eksponering, " forklarede Konhauser. "Dette var kritisk på den tidlige Jord, før der blev etableret et tilstrækkeligt tykt ozonlag, som kunne gøre det muligt for havplankton at sprede sig over hele kloden, som det er tilfældet i dag."

Men det er kun en del af historien.

Owttrim sagde, at ophobningen af ​​atmosfærisk oxygen fra cyanobakterier lettede udviklingen af ​​oxygenbaseret respiration og flercellede organismer, Det, der forbliver et mysterium, er, hvorfor det tog så lang tid for fri ilt at akkumulere permanent i atmosfæren efter den indledende udvikling af cyanobakterier.

Mens jern-silica-partikler ville have tilladt tidlige cyanobakterier at overleve, UV-stråling ville stadig have forhindret deres udbredte vækst.

"Det er sandsynligt, at tidlige cyanobakterier ikke ville have været så produktive, som de er i dag på grund af virkningerne af UV-stress. Indtil akkumuleringen af ​​tilstrækkeligt med cyanobakterier-afledt oxygen tillod en mere permanent beskyttelsesmetode at udvikle sig, såsom et ozonlag, UV-stress kan have spillet en endnu vigtigere rolle i udformningen af ​​strukturen af ​​de tidligste økosystemer, " forklarede Mloszewska.

De nye resultater hjælper forskere med at forstå, hvordan tidlige cyanobakterier blev påvirket af det høje niveau af stråling på den tidlige Jord samt den miljømæssige dynamik, der påvirkede iltningshistorien i vores atmosfære.

"Disse resultater kunne også bruges som et casestudie for at hjælpe os med at forstå potentialet for fremkomsten af ​​liv på andre planeter, der er påvirket af forhøjede UV-strålingsniveauer, for eksempel klippeplaneter på størrelse med jorden inden for de beboelige zoner af nærliggende M-dværgstjernesystemer som TRAPPIST-1, Proxima Centauri, LHS 1140 og Ross 128 blandt andre, sagde Mloszewska.

Forskningen blev udført i samarbejde med kolleger ved University of Tuebingen og Yale University og blev støttet af National Science and Research Council of Canada, og af NASA Alternative Earths Astrobiology Institute.

Papiret, "UV-stråling begrænsede udvidelsen af ​​cyanobakterier i tidlige havfotografiske miljøer" er udgivet i Naturkommunikation .