Bildkredit: NASA
När två rovers letar igenom Mars efter tecken på vatten och livets föregångare, har geokemister upptäckt bevis för att jordens forntida hav var mycket annorlunda än dagens. Forskningen, som publicerades i veckans nummer av tidskriften Science, citerar nya data som visar att jordens livgivande hav innehöll mindre syre än dagens och kunde ha varit nästan syrefattiga i en miljard år längre än man tidigare trott. Dessa fynd kan hjälpa till att förklara varför komplext liv knappt utvecklades på miljarder år efter att det uppstod.
Forskarna, finansierade av National Science Foundation (NSF) och anslutna till University of Rochester, har banat väg för en ny metod som avslöjar hur havets syre kan ha förändrats globalt. De flesta geologer är överens om att det praktiskt taget inte fanns något syre löst i haven förrän för cirka 2 miljarder år sedan, och att de var syrerika under större delen av de senaste halvmiljardåren. Men det har alltid funnits ett mysterium om perioden däremellan.
Geokemister utvecklade sätt att upptäcka tecken på forntida syre i vissa områden, men inte i jordens hav som helhet. Teamets metod kan dock extrapoleras för att förstå naturen hos alla hav runt om i världen.
'Detta är det bästa direkta beviset på att de globala haven hade mindre syre under den tiden', säger Gail Arnold, doktorand i jord- och miljövetenskap vid University of Rochester och huvudförfattare till forskningsartikeln.
Tillägger Enriqueta Barrera, programdirektör i NSF:s division för geovetenskap, 'Denna studie är baserad på ett nytt tillvägagångssätt, tillämpningen av molybdenisotoper, som gör det möjligt för forskare att fastställa globala störningar i havsmiljöer. Dessa isotoper öppnar en ny dörr för att utforska anoxiska havsförhållanden ibland över det geologiska rekordet.'
Arnold undersökte stenar från norra Australien som låg vid havets botten för över en miljard år sedan, med hjälp av den nya metoden hon lät utveckla av henne och medförfattarna, Jane Barling och Ariel Anbar. Tidigare forskare hade borrat ner flera meter i berget och testat dess kemiska sammansättning, vilket bekräftade att den hade bevarat originalinformation om haven på ett säkert sätt. Teammedlemmarna tog tillbaka dessa stenar till sina labb där de använde nyutvecklad teknologi - kallad en Multiple Collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer - för att undersöka molybdenisotoperna i stenarna.
Grundämnet molybden kommer in i haven genom flodavrinning, löses upp i havsvatten och kan förbli upplöst i hundratusentals år. Genom att stanna i lösningen så länge, blandas molybden väl i haven, vilket gör det till en utmärkt global indikator. Det tas sedan bort från haven till två sorters sediment på havsbotten: de som ligger under vatten, syrerika och de som är syrefattiga.
I samarbete med medförfattaren Timothy Lyons från University of Missouri undersökte Rochester-teamet prover från den moderna havsbotten, inklusive de sällsynta platser som är syrefattiga idag. De lärde sig att det kemiska beteendet hos molybdens isotoper i sediment är olika beroende på mängden syre i de överliggande vattnen. Som ett resultat beror kemin hos molybdenisotoper i de globala haven på hur mycket havsvatten som är syrefattigt. De fann också att molybdenet i vissa typer av stenar registrerar denna information om forntida hav. Jämfört med moderna prover pekar mätningar av molybdenkemin i klipporna från Australien på hav med mycket mindre syre.
Hur mycket mindre syre är frågan. En värld full av syrefria hav kan få allvarliga konsekvenser för evolutionen. Eukaryoter, den typ av celler som utgör alla organismer utom bakterier, förekommer i det geologiska rekordet så tidigt som för 2,7 miljarder år sedan. Men eukaryoter med många celler - växternas och djurens förfäder - dök inte upp förrän för en halv miljard år sedan, ungefär när haven blev syrerika. Tillsammans med paleontologen Andrew Knoll från Harvard University framförde Anbar tidigare hypotesen att en längre period av syrefria oceaner kan vara nyckeln till varför de mer komplexa eukaryoterna knappt klarade av sitt liv medan deras produktiva bakteriekusiner trivdes. Arnolds studie är ett viktigt steg för att testa denna hypotes.
'Det är anmärkningsvärt att vi vet så lite om historien om vår egen planets hav', säger Anbar. 'Om det fanns syre i haven eller inte är en enkel kemisk fråga som du tror skulle vara lätt att svara på. Det visar hur svårt det är att reta information från rockskivan och hur mycket mer det finns för oss att lära oss om vårt ursprung.”
Att ta reda på hur mycket mindre syre som fanns i haven i det gamla förflutna är nästa steg. Forskarna planerar att fortsätta studera molybdenkemi för att svara på den frågan, med fortsatt stöd från NSF och NASA, byråerna som stödde det inledande arbetet. Informationen kommer inte bara att kasta ljus över vår egen utveckling, utan kan hjälpa oss att förstå de förutsättningar vi bör leta efter när vi söker efter liv bortom jorden.
Ursprunglig källa: Nyhetsmeddelande från NSF