Kuvan luotto: NASA
Kun kaksi roveria huuhtoi Marsia vesimerkkejä ja elämän edeltäjiä varten, geokemiat ovat paljastaneet todisteita siitä, että maan muinaiset valtameret olivat paljon erilaisia kuin nykyään. Tämän viikon Science-lehden numerossa julkaistu tutkimus viittaa uusiin tietoihin, jotka osoittavat, että maapallon elämää antavat valtameret sisälsivät vähemmän happea kuin nykyään ja että niistä olisi voinut puuttua happea miljardi vuotta pidempään kuin aiemmin ajateltiin. Nämä havainnot voivat auttaa selittämään, miksi monimutkainen elämä kehittyi tuskin miljardeja vuosia sen syntymisen jälkeen.
Kansallisen tiedesäätiön (NSF) rahoittamat ja Rochesterin yliopistoon sidoksissa olevat tutkijat ovat olleet uranuurtaja uudella menetelmällä, joka paljastaa kuinka valtameren happi on muuttunut maailmanlaajuisesti. Useimmat geologit ovat yhtä mieltä siitä, että valtamereihin ei liuennut happea käytännössä ennen kuin noin 2 miljardia vuotta sitten, ja että ne olivat happea runsaasti viimeisen puolen miljardin vuoden aikana. Mutta niiden välisestä ajanjaksosta on aina ollut mysteeri.
Geokemistit kehittivät tapoja havaita muinaisen hapen merkkejä tietyillä alueilla, mutta ei koko maan valtameressä. Ryhmän menetelmä voidaan kuitenkin ekstrapoloida ymmärtääksesi kaikkien valtamerten luonnetta ympäri maailmaa.
"Tämä on paras suora todiste siitä, että maailmanmeressä oli vähemmän happea tuona aikana", sanoo Gail Arnold, Rochesterin yliopiston maatieteiden ja ympäristötieteiden jatko-opiskelija ja tutkimuspaperin pääkirjailija.
Lisää Enriqueta Barrera, NSF: n maatieteiden jaon ohjelmajohtaja, ”Tämä tutkimus perustuu uuteen lähestymistapaan, molybdeeni-isotooppien soveltamiseen, jonka avulla tutkijat voivat selvittää maailmanlaajuisia häiriöitä valtameriympäristöissä. Nämä isotoopit avaavat uuden oven tutkia hapettomia valtameriolosuhteita toisinaan koko geologisen tiedon perusteella. "
Arnold tutki Pohjois-Australian kiviä, jotka olivat merenpohjassa yli miljardi vuotta sitten, käyttämällä uutta hänen ja hänen tekijöidensä Jane Barlingin ja Ariel Anbarin kehittämää menetelmää. Aikaisemmat tutkijat olivat poranneet useita metrejä kallioon ja testanneet sen kemiallista koostumusta vahvistaneet, että se oli pitänyt alkuperäisiä tietoja valtamereistä turvallisesti säilyneinä. Ryhmän jäsenet toivat nämä kivet takaisin laboratorioihinsa, joissa he käyttivät äskettäin kehitettyä tekniikkaa, jota kutsuttiin monikerhokerrokseksi induktiivisesti kytketyn plasman massaspektrometriksi, tutkimaan kivien sisällä olevia molybdeeni-isotooppeja.
Elementti molybdeeni saapuu valtameriin jokien valumien kautta, liukenee meriveteen ja voi pysyä liuenneena satoja tuhansia vuosia. Pysymällä liuoksessa niin kauan, molybdeeni sekoittuu hyvin kaikkialla valtamereissä, mikä tekee siitä erinomaisen globaalin indikaattorin. Sitten se poistetaan valtamereistä kahteen tyyppiseen sedimenttiin merenpohjassa: vesipohjaisiin, happea sisältäviin ja happea sisältäviin sedimentteihin.
Yhteistyössä Missourin yliopiston yhteistyökumppanin Timothy Lyonin kanssa Rochester-ryhmä tutki näytteitä nykyaikaisesta merenpohjasta, mukaan lukien harvinaiset paikat, jotka ovat nykyään happea köyhiä. He oppivat, että molybdeenin isotooppien kemiallinen käyttäytyminen sedimenteissä on erilainen riippuen happea sisältävistä vesistä. Seurauksena on, että molybdeeni-isotooppien kemia globaaleissa valtamereissä riippuu siitä, kuinka paljon merivettä on happea heikkoa. He havaitsivat myös, että tietyntyyppisten kivien molybdeeni tallentaa tämän tiedon muinaisista valtamereistä. Nykyaikaisiin näytteisiin verrattuna molybdeenikemian mittaukset Australiasta peräisin olevissa kiveissä osoittavat valtamereille, joissa on paljon vähemmän happea.
Kuinka paljon vähemmän happea on kysymys. Maailmalla, joka on täynnä hapettomia valtameriä, voi olla vakavia vaikutuksia evoluutioon. Eukaryootit, sellaiset solut, jotka muodostavat kaikki organismit paitsi bakteerit, esiintyvät geologisessa rekisterissä jo 2,7 miljardia vuotta sitten. Mutta eukaryootit, joissa oli monia soluja - kasvien ja eläinten esivanhempia -, ilmestyivät vasta puoli miljardia vuotta sitten, noin aikaan, jolloin valtameret rikastuivat happea. Harvardin yliopiston paleontologin Andrew Knollin kanssa Anbar esitti aiemmin hypoteesin, jonka mukaan pitkittynyt antioksisten valtamerten aika voi olla avain siihen, miksi monimutkaisemmat eukaryootit tuskin edesvat elantonsa, kun taas niiden monipuoliset bakteerinukot menestyivät. Arnoldin tutkimus on tärkeä askel tämän hypoteesin testaamisessa.
"On hienoa, että tiedämme niin vähän oman planeettamme valtamerten historiasta", Anbar sanoo. ”Se, oliko valtameressä happea vai ei, on suoraviivainen kemiallinen kysymys, johon luulet olevan helppo vastata. Se osoittaa, kuinka vaikeaa on kiusata tietoa rocklevyltä ja kuinka paljon meillä on vielä enemmän oppia alkuperästämme. ”
Seuraava askel on selvittää, kuinka paljon vähemmän happea oli valtamereissä muinaisessa menneisyydessä. Tutkijat suunnittelevat jatkavansa molybdeenikemian tutkimusta vastatakseen tähän kysymykseen jatkuvatoimisella tuella NSF: ltä ja NASA: lta, jotka toimistot tukivat alustavaa työtä. Tiedot eivät vain valaise omaa evoluutioamme, vaan voivat auttaa meitä ymmärtämään olosuhteita, joita meidän pitäisi etsiä etsiessään elämää maan ulkopuolella.
Alkuperäinen lähde: NSF: n lehdistötiedote
