Forskare har länge undrat varför syre blomstrade i jordens atmosfär med början cirka 2,4 miljarder år.
Kallade "den stora oxidationshändelsen", övergången "förändrade irreversibelt ytmiljöer på jorden och möjliggjorde i slutändan avancerat liv", säger Dominic Papineau från Carnegie Institutionens geofysiska laboratorium.
Nu har Papineau författat en ny studie i tidskriften Natur, som avslöjar nya ledtrådar till mysteriet i forntida sedimentära bergarter.
Forskningsteamet, ledat av Kurt Konhauser vid University of Alberta i Edmonton, analyserade spårelementets sammansättning av sedimentära bergarter, kända som bandjärnformationer, eller BIF, från dussintals olika orter runt om i världen, i ålder från 3 800 till 550 miljoner år. Bandformade järnformationer är unika, vattenlagda avlagringar som ofta finns i extremt gamla bergskikt som bildades innan atmosfären eller haven innehöll rikligt med syre. Som namnet antyder är de tillverkade av växlande band av järn och silikatmineraler.
De innehåller också mindre mängder nickel och andra spårelement. Och nickels historia, tror forskarna, kan avslöja en hemlighet för det moderna livets ursprung.
Nickel existerar i dagens hav i spårmängder, men var upp till 400 gånger rikare i jordens ursprungliga hav. Metan-producerande mikroorganismer, kallad metanogener, frodas i sådana miljöer, och metan som de släppte ut till atmosfären kan ha förhindrat att syrgas bildades, vilket skulle ha reagerat med metan för att producera koldioxid och vatten.
En minskning av nickelkoncentrationen skulle ha lett till en "nickel-hungersnöd" för metanogenerna, som förlitar sig på nickelbaserade enzymer för viktiga metaboliska processer. Alger och andra organismer som släpper ut syre under fotosyntesen använder olika enzymer, och det skulle ha blivit mindre påverkat av nickel-hungersnöd. Som ett resultat skulle atmosfärisk metan ha minskat och förhållandena för ökningen av syre skulle ha ställts på plats.
Forskarna fann att nickelnivåerna i BIF började sjunka för cirka 2,7 miljarder år sedan och för 2,5 miljarder år sedan var ungefär hälften av dess tidigare värde.
”Tidpunkten passar väldigt bra. Nedgången i nickel kunde ha satt scenen för den stora oxidationshändelsen, ”sade Papineau. "Och utifrån vad vi vet om levande metanogener, skulle lägre nivåer av nickel ha minskat metanproduktionen kraftigt."
När det gäller varför nickel tappade i första hand pekar forskarna på geologi. Under tidigare faser av jordens historia, medan dess mantel var extremt het, skulle lavor från vulkanutbrott ha varit relativt höga i nickel. Erosion skulle ha tvättat nickeln i havet och hållit nivåerna höga. Men när manteln kyldes och lavas kemi förändrades, sprutade vulkaner ut mindre nickel, och mindre skulle ha hittat vägen till havet.
"Nikkelanslutningen var inte något som någon hade tänkt på tidigare," sade Papineau. "Det är bara ett spårelement i havsvatten, men vår studie visar att det kan ha haft en enorm inverkan på jordens miljö och livets historia."
Källa: Carnegie Institution for Science, via Eurekalert.
