Bildkredit: NASA
När två rovers skurar Mars efter tecken på vatten och livets föregångare, har geokemister upptäckt bevis för att jordens gamla oceaner skilde sig mycket från dagens. Forskningen, som publicerades i veckans utgåva av tidskriften Science, citerar nya data som visar att jordens livgivande hav innehöll mindre syre än dagens och kunde ha varit nästan utan syre i en miljard år längre än tidigare trott. Dessa fynd kan hjälpa till att förklara varför det komplicerade livet knappt utvecklats i miljarder år efter det uppstod.
Forskarna, finansierade av National Science Foundation (NSF) och anslutna till University of Rochester, har varit banbrytande för en ny metod som avslöjar hur havssyret kan ha förändrats globalt. De flesta geologer håller med om att det praktiskt taget inte var syre upplöst i haven förrän för ungefär 2 miljarder år sedan, och att de var syre-rika under de flesta av de senaste halvmiljard åren. 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 i alla hav runt om i världen.
"Detta är det bästa direkta beviset för att de globala haven hade mindre syre under den tiden", säger Gail Arnold, doktorand inom jord- och miljövetenskap vid University of Rochester och huvudförfattare till forskningsdokumentet.
Lägger till Enriqueta Barrera, programdirektör i NSF: s division för jordvetenskaper, "Denna studie bygger på en ny metod, 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 den geologiska posten. ”
Arnold undersökte stenar från norra Australien som låg på havets botten för över en miljard år sedan och använde den nya hon hade metoden utvecklad av henne och medförfattare, Jane Barling och Ariel Anbar. Tidigare forskare hade borrat ner flera meter in i berget och testat dess kemiska sammansättning, vilket bekräftade att den hade hållit originalinformation om haven på ett säkert sätt bevarat. Teammedlemmarna förde dessa stenar tillbaka till sina laboratorier där de använde nyutvecklad teknik - kallade en Multiple Collector induktivt kopplad plasmamasspektrometer - för att undersöka molybdenisotoperna i klipporna.
Elementet molybden kommer in i haven genom flodavloppet, upplöses i havsvatten och kan förbli upplöst i hundratusentals år. Genom att stanna kvar i lösning så länge, blandas molybden bra i hela haven, vilket gör det till en utmärkt global indikator. Därefter avlägsnas det från haven till två slags sediment på havsbotten: de som ligger under vatten, syrgasrika och de som är syrefattiga.
I samarbete med medförfattaren Timothy Lyons vid University of Missouri undersökte Rochester-teamet prover från den moderna havsbotten, inklusive de sällsynta platserna som är syrefattiga idag. De lärde sig att det kemiska beteendet hos molybdenens isotoper i sediment är olika beroende på mängden syre i det överliggande vattnet. Som ett resultat beror molybdenisotopernas kemi i de globala haven av hur mycket havsvatten som är syrefattig. De fann också att molybden i vissa bergarter registrerar denna information om forntida hav. Jämfört med moderna prover pekar mätningar av molybdenkemin i klipporna från Australien till hav med mycket mindre syre.
Hur mycket mindre syre är frågan. En värld full av anoxiska hav kan ha allvarliga konsekvenser för evolutionen. Eukaryoter, den typ av celler som utgör alla organismer utom bakterier, visas i den geologiska posten redan för 2,7 miljarder år sedan. Men eukaryoter med många celler - förfäderna till växter och djur - dök inte upp förrän för en halv miljard år sedan, ungefär den tid oceanerna blev rik på syre. Med paleontolog Andrew Knoll från Harvard University avancerade Anbar tidigare hypotesen att en lång period av anoxiska hav kan vara nyckeln till varför de mer komplexa eukaryoterna knappt lyckades leva 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. "Huruvida det fanns syre i haven eller inte är en enkel kemisk fråga som du skulle tro att skulle vara lätt att besvara. 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. ”
Nästa steg är att ta reda på hur mycket mindre syre som var i haven i det forna förflutna. Forskarna planerar att fortsätta studera molybdenkemi för att besvara den frågan, med fortsatt stöd från NSF och NASA, de byråer som stödde det första arbetet. Informationen kommer inte bara att belysa vår egen utveckling, utan kan hjälpa oss att förstå de förhållanden vi borde leta efter när vi söker efter livet utanför jorden.
Originalkälla: NSF News Release
