Undersøgelse af stigningen i oxygenisk fotosyntese

For omkring 2,4 milliarder år siden, i slutningen af ​​den arkeiske Eon, en planet-dækkende stigning i iltniveauer kaldet Great Oxidation Event (GOE) skabte den velkendte atmosfære, vi alle trækker vejret i dag. Forskere fokuserede på livets oprindelse er meget enige om, at denne overgangshændelse var forårsaget af den globale spredning af fotosyntetiske mikrober, der var i stand til at splitte vand for at danne molekylært ilt (O ₂ ). Imidlertid, ifølge Tanja Bosak, lektor i MIT's Department of Earth, Atmosfærisk, og planetariske videnskaber (EAPS), forskere ved ikke, hvor længe før GOE disse organismer udviklede sig.

Bosaks nye forskning, udgivet i dag i Natur , antyder, at det nu kan være endnu sværere at fastslå fremkomsten af ​​iltproducerende mikrober i den geologiske rekord.

Et signal i klipperne

De første mikrober, der lavede ilt, efterlod ikke en dagbog, så forskere må søge efter subtile spor af deres fremkomst, der kunne have overlevet de mellemliggende få milliarder år. Komplicerer tingene yderligere, mens beviser for GOE findes overalt på jorden, disse tidlige kolonier af iltproducerende organismer ville sandsynligvis først have eksisteret i små damme eller vandområder. Enhver registrering af dem ville være geografisk isoleret.

Nogle forskere anser lokaliseret bevis for mineralet manganoxid i gamle sedimenter for at være en indikator (eller proxy) for eksistensen af ​​iltproducerende organismer. Dette skyldes, at manganoxidation kun antages at være mulig i nærvær af betydelige mængder O ₂ , mere end normalt eksisterede i atmosfæren før GOE. Dermed, at finde tegn på manganoxid i sedimenter forud for GOE ville tyde på, at iltproducerende organismer havde udviklet sig på det tidspunkt og var aktive i området.

Men det viser sig, at der er mere end én måde at oxidere mangan på.

Anaerobe mikrober ændrer spillet

Som beskrevet i det nye papir, Bosak og hendes tidligere postdoc, Mirna Daye, opdagede, at kolonier af moderne mikrober kan udføre denne proces i anaerobe miljøer, der er typiske for afdøde Archean Eon. I modsætning til de organismer, der forårsagede GOE, Daye og Bosaks mikrober bruger sulfid, i stedet for vand, at udføre fotosyntese, så de ikke skaber molekylær ilt som et biprodukt. De fleste forskere mener, at denne type anaerob fotosyntese opstod som et forløbssystem til den mere velkendte oxygeniske fotosyntese, der indledte GOE, og Daye og Bosaks mikrober indeholder genetiske maskiner, der ligner det, man mener at have eksisteret før udviklingen af ​​bakterier, der var i stand til at danne ilt.

Bosak-gruppens demonstration af manganoxidation i et anaerobt miljø betyder, at tegn på gammelt manganoxid muligvis ikke er en pålidelig proxy for den lokale udvikling af iltproducerende liv. Det kunne bare være et signal for tilstedeværelsen af ​​andre organismer, der allerede på det tidspunkt blev antaget at være udbredt.

Bosaks medforfattere omfatter lektor i geobiologi Gregory Fournier, sammen med tidligere postdoktorer Mirna Daye og Mihkel Pajusalu fra MIT's EAPS -afdeling; Vanja Klepac-Ceraj, Sophie Rowland, og Anna Farrell-Sherman fra Wellesley College; Nicolas Beukes fra University of Johannesburg; og Nobumichi Tamura fra Berkley National Laboratory.

Spørgsmål til gammel mangan

"Opdager nye mekanismer, hvormed manganoxid kan dannes i de arkiske miljøer, før stigningen af ​​ilt, er enormt interessant, fordi mange af de fuldmagter, vi har [brugt] til tilstedeværelse af ilt [og derfor, mikrober, der er i stand til at producere det] i miljøet i den første halvdel af Jordens historie er ... faktisk fuldmagter for tilstedeværelsen af ​​manganoxid, "siger Ariel Anbar, professor ved Arizona State University School of Earth and Space Exploration, som ikke var involveret i forskningen. "Det tvinger os til at tænke dybere over de fuldmagter, vi bruger, og om de virkelig er tegn på O ₂ eller ikke."

Undersøgelsen af ​​den gamle jord har altid været udfordrende, som bevis bliver genbrugt af geologiske processer og ellers tabt for tidens slid. Forskere har kun fragmenterede og udledte data, som de kan bruge til at udvikle teorier.

"Det, vi finder, er ikke nødvendigvis at sige, at disse mennesker, der fortolker disse iltblikke før GOE [tager] fejl. Det giver mig bare en enorm pause, "siger Bosak, "Det faktum, at vi smed nogle mikrober ind og fandt disse processer, der bare aldrig blev overvejet, fortæller os, at vi virkelig ikke forstår meget om, hvordan livet og miljøet udviklede sig."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.