Źródło zdjęcia: NASA
Gdy dwa łaziki przeszukują Marsa w poszukiwaniu oznak wody i prekursorów życia, geochemicy odkryli dowody na to, że starożytne oceany Ziemi bardzo różniły się od dzisiejszych. Badania, opublikowane w tym tygodniu w czasopiśmie Science, cytują nowe dane, które pokazują, że życiodajne oceany Ziemi zawierały mniej tlenu niż dzisiejsze i mogły być prawie pozbawione tlenu przez miliard lat dłużej niż wcześniej sądzono. Odkrycia te mogą pomóc wyjaśnić, dlaczego złożone życie ledwo ewoluowało przez miliardy lat po jego powstaniu.
Naukowcy, finansowani przez National Science Foundation (NSF) i powiązani z University of Rochester, są pionierami nowej metody, która ujawnia, jak tlen oceaniczny mógł się zmienić na całym świecie. Większość geologów zgadza się, że w oceanach praktycznie nie rozpuszczono tlenu przed około 2 miliardami lat i że były one bogate w tlen przez większość ostatnich pół miliarda lat. Ale zawsze istniała tajemnica pomiędzy tymi okresami.
Geochemicy opracowali sposoby wykrywania oznak starożytnego tlenu na określonych obszarach, ale nie w oceanach jako całości. Metodę zespołu można jednak ekstrapolować, aby uchwycić naturę wszystkich oceanów na całym świecie.
„To najlepszy bezpośredni dowód na to, że globalne oceany miały w tym czasie mniej tlenu” - mówi Gail Arnold, doktorantka nauk o ziemi i środowisku na University of Rochester i główny autor artykułu z badań.
Enriqueta Barrera, dyrektor programowy w dziale nauk o ziemi NSF, dodaje: „To badanie opiera się na nowym podejściu, zastosowaniu izotopów molibdenu, które pozwala naukowcom ustalić globalne zaburzenia w środowiskach oceanicznych. Izotopy te otwierają nowe drzwi do odkrywania anoksycznych warunków oceanicznych w całym zapisie geologicznym. ”
Arnold zbadał skały z północnej Australii, które znajdowały się na dnie oceanu ponad miliard lat temu, używając nowej metody opracowanej przez nią i jej współautorami, Jane Barling i Ariel Anbar. Wcześniejsi badacze wiercili kilka metrów w skale i testowali jej skład chemiczny, potwierdzając, że zachowali bezpiecznie oryginalne informacje o oceanach. Członkowie zespołu przynieśli te skały z powrotem do swoich laboratoriów, gdzie wykorzystali nowo opracowaną technologię - zadzwonili do spektrometru mas z plazmą indukcyjnie sprzężoną z wieloma kolektorami - aby zbadać izotopy molibdenu w skałach.
Pierwiastek molibdenu dostaje się do oceanów przez spływ rzeczny, rozpuszcza się w wodzie morskiej i może pozostać rozpuszczony przez setki tysięcy lat. Pozostając w roztworze tak długo, molibden dobrze miesza się w oceanach, co czyni go doskonałym wskaźnikiem globalnym. Następnie jest usuwany z oceanów do dwóch rodzajów osadów na dnie morskim: tych, które leżą pod wodą, bogatych w tlen i tych, które są ubogie w tlen.
We współpracy z współautorem Timothym Lyonem z University of Missouri zespół Rochester zbadał próbki z nowoczesnego dna morskiego, w tym rzadkie lokalizacje, w których obecnie brakuje tlenu. Dowiedzieli się, że zachowanie chemiczne izotopów molibdenu w osadach jest różne w zależności od ilości tlenu w wodach górnych. W rezultacie chemia izotopów molibdenu w oceanach globalnych zależy od tego, ile wody morskiej jest ubogie w tlen. Odkryli również, że molibden w niektórych rodzajach skał rejestruje te informacje o starożytnych oceanach. W porównaniu z nowoczesnymi próbkami, pomiary chemii molibdenu w skałach z Australii wskazują na oceany o znacznie mniejszej zawartości tlenu.
Ile mniej tlenu jest pytaniem. Świat pełen beztlenowych oceanów może mieć poważne konsekwencje dla ewolucji. Eukarioty, komórki tworzące wszystkie organizmy oprócz bakterii, pojawiają się w zapisie geologicznym już 2,7 miliarda lat temu. Ale eukarioty z wieloma komórkami - przodkami roślin i zwierząt - pojawiły się dopiero pół miliarda lat temu, mniej więcej w czasie, gdy oceany stały się bogate w tlen. Wraz z paleontologiem Andrew Knollem z Uniwersytetu Harvarda Anbar wcześniej wysunął hipotezę, że dłuższy okres beztlenowych oceanów może być kluczem do tego, dlaczego bardziej złożone eukarionty ledwo zarabiały na życie, podczas gdy ich płodni kuzyni prosperowali. Badanie Arnolda jest ważnym krokiem w testowaniu tej hipotezy.
„To niezwykłe, że tak mało wiemy o historii oceanów naszej planety” - mówi Anbar. „To, czy w oceanach był tlen, jest prostym pytaniem chemicznym, na które można łatwo odpowiedzieć. Pokazuje, jak trudno jest drażnić informacje z płyty rockowej i jak wiele więcej możemy dowiedzieć się o naszym pochodzeniu. ”
Kolejnym krokiem jest ustalenie, o ile mniej tlenu było w oceanach w starożytnej przeszłości. Naukowcy planują kontynuować badania chemii molibdenu, aby odpowiedzieć na to pytanie, przy stałym wsparciu NSF i NASA, agencji wspierających początkowe prace. Informacje te nie tylko rzucą światło na naszą własną ewolucję, ale mogą pomóc nam zrozumieć warunki, których powinniśmy szukać, szukając życia poza Ziemią.
Oryginalne źródło: NSF News Release
