Oceany wpływały na poziom tlenu na młodej Ziemi
Naukowcy z University of Bristol, University of Leeds oraz University of California, Riverside, podjęli próbę wyjaśnienia, w jaki sposób Ziemia zachowała warunki sprzyjające życiu po tym, jak ponad 2 miliardy lat temu tlen zaczął gromadzić się w atmosferze. Wyniki ich badań wskazują, że znaczenie miały procesy chemiczne zachodzące w pradawnych oceanach. Rezultaty opublikowano w czasopiśmie „Nature Communications”.
Geolodzy wykazali, że przemiany zachodzące w składzie chemicznym dawnych oceanów mogły prowadzić do powstania cyklu podtrzymującego odpowiednio wysoki poziom tlenu po jego początkowym wzroście. Istotnym elementem tego mechanizmu był fosfor, który wspierał rozwój życia i przyczyniał się do utrzymywania tlenu w atmosferze.
Około 2,3 miliarda lat temu, w czasie Katastrofy tlenowej, tlen trwale pojawił się w atmosferze Ziemi. Naukowcy nie wiedzieli jednak, w jaki sposób jego stężenie mogło pozostawać na wystarczająco wysokim poziomie przez następne miliony lat, aby możliwy był rozwój coraz bardziej złożonych form życia. Fosfor należy do pierwiastków niezbędnych organizmom żywym do wzrostu i prawidłowego funkcjonowania. Jego większa dostępność w oceanach prowadziła do wzrostu ilości węgla organicznego odkładanego w osadach. W rezultacie więcej tlenu trafiało do atmosfery.
Większa dostępność fosforu wspierała organizmy
Wzrost poziomu tlenu w oceanach wiązał się również ze zwiększeniem stężenia siarczanów. Mikroorganizmy mogły wykorzystywać je do wydajniejszego rozkładania materii organicznej, co umożliwiało ponowne uwalnianie fosforu do wody morskiej i jego wykorzystanie przez kolejne organizmy. Rosnąca aktywność biologiczna sprzyjała następnie odkładaniu większej ilości węgla organicznego w osadach. Proces ten prowadził z kolei do dalszego zwiększania ilości tlenu w atmosferze, tworząc mechanizm zdolny do samopodtrzymywania.
W celu sprawdzenia tej hipotezy geolodzy zbadali pradawne skały pochodzące z Afryki Południowej. Wykorzystali metodę umożliwiającą rozdzielenie fosforu według rodzaju minerału, z którym pozostawał związany. Próbki rozpuszczano osobno, aby określić, jaka część fosforu mogła być dostępna dla organizmów, a jaka pozostawała uwięziona w minerałach i nie mogła być przez nie wykorzystywana.
Analiza fosforu dostarczyła informacji o dawnych oceanach
Wcześniejsze metody pozwalały naukowcom ustalić jedynie całkowitą zawartość fosforu zachowanego w skałach. Nie umożliwiały natomiast dokładnego określenia, jaka jego część była dostępna dla organizmów żywych w pradawnych oceanach.
Zastosowana metoda umożliwiła rozróżnienie fosforu dostępnego dla organizmów od tego, który pozostawał związany z minerałami. Dzięki temu naukowcy mogli dokładniej określić poziom składników odżywczych występujących w dawnych oceanach.
Wyniki analiz pokazały, że po Katastrofie tlenowej poziom tlenu podlegał znacznie większym zmianom, niż wcześniej zakładano. Przez dziesiątki milionów lat wahania te prawdopodobnie oddziaływały na skład chemiczny oceanów oraz obieg składników odżywczych w środowisku. Wyniki badań mogą także wpłynąć na sposób rozumienia rozwoju wczesnego życia. Jeśli przez długi czas tlenu było wystarczająco dużo, to za opóźnienie pojawienia się bardziej złożonych organizmów wykorzystujących tlen w metabolizmie mogły odpowiadać inne czynniki środowiskowe lub biologiczne, a nie wyłącznie niedobór tego pierwiastka.
Badania oceanów mogą pomóc w poszukiwaniu życia
Wnioski z badania mogą znaleźć zastosowanie również w poszukiwaniu życia poza Ziemią. Dokładniejsze poznanie zależności zachodzących między tlenem, składnikami odżywczymi a rozwojem życia na naszej planecie może ułatwić naukowcom rozpoznawanie podobnych warunków na innych światach posiadających oceany.
Dzieje Ziemi pokazują ścisłe powiązania między tlenem, składnikami odżywczymi i życiem. Zrozumienie tych zależności pozwala lepiej poznać przyszłość naszej planety oraz określić, jakich warunków można poszukiwać podczas badań nad życiem na innych planetach.
Mariusz Drzewiecki
