Naukowcy odkryli, jak pradawne oceany pomagały utrzymać tlen na Ziemi

Pradawne oceany mogły odegrać kluczową rolę w utrzymywaniu tlenu w atmosferze Ziemi przez miliony lat po Katastrofie tlenowej. Naukowcy wskazali na znaczenie obiegu fosforu, który wspierał rozwój życia i gromadzenie węgla organicznego w osadach.

Pradawne oceany pomagały utrzymać tlen

W ramach nowego badania naukowcy m.in. z University of Bristol, University of Leeds oraz University of California, Riverside, rozwiązali zagadkę dotyczącą tego, w jaki sposób Ziemia pozostała zdatna do zamieszkania po tym, jak ponad 2 miliardy lat temu tlen po raz pierwszy nagromadził się w jej atmosferze. Wyniki wskazują, że kluczową rolę w utrzymaniu warunków sprzyjających życiu odgrywały procesy chemiczne zachodzące w pradawnych oceanach. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Nature Communications”.

Geolodzy ustalili, że zmiany w składzie chemicznym pradawnych oceanów doprowadziły do powstania samopodtrzymującego się cyklu, który pomagał utrzymać wysoki poziom tlenu po jego początkowym wzroście. Opierał się on na obiegu fosforu, który sprzyjał rozwojowi życia i pomagał utrzymywać tlen w atmosferze.

Jak wskazują badacze, około 2,3 miliarda lat temu, podczas Katastrofy tlenowej, tlen na stałe pojawił się w atmosferze Ziemi. Nie byli jednak pewni, w jaki sposób jego poziom utrzymywał się przez kolejne miliony lat na tyle wysoko, by mogły rozwijać się coraz bardziej złożone formy życia. Fosfor jest niezbędny organizmom żywym do wzrostu i prawidłowego funkcjonowania. Gdy stał się bardziej dostępny w oceanach, zwiększyła się ilość węgla organicznego trafiającego do osadów. W konsekwencji do atmosfery uwalniało się więcej tlenu.

Fosfor napędzał rozwój życia

Naukowcy ustalili, że wraz ze wzrostem ilości tlenu w oceanach zwiększało się również stężenie siarczanów. Mikroorganizmy wykorzystywały je do skuteczniejszego rozkładu materii organicznej, dzięki czemu fosfor trafiał z powrotem do wody morskiej i mógł zostać wykorzystany przez kolejne organizmy. Większa aktywność biologiczna sprzyjała następnie gromadzeniu w osadach większej ilości węgla organicznego, co prowadziło do dalszego wzrostu zawartości tlenu w atmosferze. W ten sposób cały proces mógł się podtrzymywać.

Aby sprawdzić tę hipotezę, geolodzy przeanalizowali pradawne skały z Afryki Południowej. Zastosowali nową metodę pozwalającą rozdzielić fosfor w zależności od rodzaju minerału, z którym był związany. Poszczególne próbki rozpuszczano oddzielnie, aby ustalić, jaka część tego pierwiastka mogła być wykorzystywana przez organizmy, a jaka pozostawała związana w minerałach i była dla nich niedostępna.

Nowa metoda pozwoliła zbadać pradawne oceany

Dotychczas naukowcy mogli określić jedynie całkowitą ilość fosforu zachowanego w skałach, co utrudniało ustalenie, jaka jego część mogła być wykorzystywana przez organizmy żywe w pradawnych oceanach.

Nowa metoda pozwoliła naukowcom oddzielić fosfor, z którego mogły korzystać organizmy, od tego, który pozostawał związany w minerałach i był dla nich niedostępny. Dzięki temu uzyskali znacznie dokładniejszy obraz poziomu składników odżywczych w pradawnych oceanach niż dotychczas.

Analizy wskazały, że po Katastrofie tlenowej poziom tlenu zmieniał się znacznie bardziej, niż wcześniej sądzono. Wahania te prawdopodobnie przez dziesiątki milionów lat wpływały na skład chemiczny oceanów oraz na obieg składników odżywczych w środowisku. Badania mogą również zmienić sposób, w jaki naukowcy postrzegają rozwój wczesnego życia. Jeżeli przez długi czas tlenu było pod dostatkiem, pojawienie się bardziej złożonych organizmów wykorzystujących tlen w swoim metabolizmie mogły opóźniać także inne czynniki środowiskowe lub biologiczne, a nie tylko niedobór tego pierwiastka.

Chemia oceanów może pomóc w poszukiwaniu życia

Wyniki badania mogą być również przydatne w poszukiwaniu życia poza Ziemią. Lepsze poznanie zależności między tlenem, składnikami odżywczymi i rozwojem życia na naszej planecie może pomóc naukowcom rozpoznawać podobne warunki na innych światach, na których występują oceany.

Historia Ziemi pokazuje, że tlen, składniki odżywcze i życie pozostawały ze sobą ściśle powiązane. Poznanie tych zależności pozwala lepiej zrozumieć przyszłość naszej planety oraz określić, jakich warunków można szukać podczas poszukiwania życia na innych planetach.

Emil Gołoś