Jorden. Bildkredit: NASA Klicka för att förstora
Livets historia på jorden är nära kopplad till utseendet av syre i atmosfären. Den nuvarande vetenskapliga konsensusen hävdar att betydande mängder syre först dök upp i jordens atmosfär för cirka 2,4 miljarder år sedan, med en andra stor ökning av atmosfäriskt syre som inträffade mycket senare, kanske runt 600 miljoner år sedan.
Nya fynd från University of Maryland geologer tyder dock på att det andra hoppet i atmosfäriskt syre faktiskt kan ha börjat mycket tidigare och inträffat mer gradvis än man tidigare trott. Fynden möjliggjordes med hjälp av ett nytt verktyg för att spåra mikrobiellt liv i forntida miljöer utvecklade i Maryland. Verket finansieras av National Science Foundation och NASA och visas i numret av Science den 2 december.
Forskaren David Johnston, forskaren Boswell Wing och kollegor vid University of Marylands avdelning för geologi och jordsystemvetenskapligt interdisciplinärt centrum ledde ett internationellt team av forskare som använde högprecisionsmätningar av en sällsynt svavelisotop, 33S, för att fastställa den urgamla marina mikrober kända som svaveloproportionerande prokaryoter var allmänt aktiva nästan 500 miljoner år tidigare än man tidigare trott.
De mellanliggande svavelföreningarna som används av dessa svaveloproportionerande bakterier bildas genom exponering av sulfidmineraler för syrgas. Således har bevis på utbredd aktivitet av denna typ av bakterier tolkats av forskare som bevis på ökat syreinnehåll i atmosfären.
'Dessa mätningar antyder att disproportionering av svavelföreningar var en aktiv del av svavelcykeln för [1,3 miljoner år sedan], och att progressiv syresättning av jordens yta kan ha karakteriserat [mitten Proterozoic]', skriver författarna.
Proterozoikum är perioden i jordens historia från cirka 2,4 miljarder år sedan till 545 miljoner år sedan.
'Fynden visar också att den nya 33S-baserade forskningsmetoden kan användas för att på ett unikt sätt spåra närvaron och karaktären av mikrobiellt liv i antika miljöer och ge en glimt av evolution i aktion', säger Johnston. 'Det här tillvägagångssättet ger ett betydande nytt verktyg i det astrobiologiska sökandet efter tidigt liv på jorden och bortom.'
Luften som vi andas
När vår planet bildades för cirka 4,5 miljarder år sedan var praktiskt taget allt syre på jorden kemiskt bundet till andra grundämnen. Det fanns i fasta föreningar som kvarts och andra silikatmineraler, i flytande föreningar som vatten och i gasformiga föreningar som svaveldioxid och koldioxid. Fritt syre - gasen som tillåter oss att andas och som är avgörande för allt avancerat liv - var praktiskt taget obefintlig.
Forskare har länge trott att uppkomsten av syre i atmosfären präglades av två distinkta hopp i syrenivåerna. Under de senaste åren har forskare använt en metod som utvecklats av University of Maryland geolog James Farquhar och Maryland kollegor för att slutgiltigt fastställa att betydande mängder syre först dök upp i jordens atmosfär för cirka 2,4 miljarder år sedan. Ibland kallad 'den stora oxidationshändelsen', denna ökning markerar början av den proterozoiska perioden.
En allmän vetenskaplig konsensus har också hävdat att den andra stora ökningen av atmosfäriskt syre inträffade för cirka 600 miljoner år sedan, med syre som steg till nära moderna nivåer vid den tiden. Bevis på flercelliga djur dyker först upp i det geologiska området runt denna tid.
'Det har varit mycket diskussion om huruvida den andra stora ökningen av atmosfäriskt syre var snabb och stegvis, eller långsam och progressiv,' sa Wing. 'Våra resultat stöder tanken att den andra ökningen var progressiv och började för cirka 1,3 miljarder år sedan, snarare än för 0,6 miljarder år sedan.'
Förutom Johnston är Wings Maryland-medförfattare på 2 december-tidningen geologikollegorna James Farquhar och Jay Kaufman. Deras grupp arbetar med att dokumentera kopplingar mellan svavelisotoper och utvecklingen av jordens atmosfär med hjälp av en kombination av fältforskning, laboratorieanalys av bergprover, geokemiska modeller, fotokemiska experiment med svavelhaltiga gaser och mikrobiella experiment.
'Active microbial sulfur disproportionation in the Mesoproterozoic' av David T. Johnston, Boswell A. Wing, James Farquhar och Alan J. Kaufman, University of Maryland; Harald Strauss, Universit?t M?nster; Timothy W. Lyons, University of California, Riverside; Linda C. Kah, University of Tennessee; Donald E. Canfield, Syddanmarks universitet: Science, 2 dec. 2005.
Ursprunglig källa: UM News Release