Wie Erde bekam seinen Sauerstoff
Die erste Hälfte der Erdgeschichte war frei von Sauerstoff, aber es war
weit entfernt von leblos. Es gibt fortwährende Debatte über, die die wichtigsten biologischen
Spieler waren im Diesseits vor Sauerstoff, aber Forscher sind ausgraben
Hinweise in einigen der ältesten Sedimentgesteine auf dem Planeten.
Die meisten Wissenschaftler glauben, dass die Menge an atmosphärischen Sauerstoff war unbedeutend bis etwa 2,4 Milliarden Jahren, als die große Oxidation Event (GOE) auftrat. Diese scheinbar plötzlichen Sprung in der Sauerstoffgehalt war fast sicher durch Cyanobakterien – photosynthetischen Mikroben, die Sauerstoff zu atmen.
Wann und wie die Sauerstoff-Exhalers erschienen ist ungewiss, da die GOE eine komplizierte Kreuzung war von globalen Einfrieren, mineralischen Umbrüche und das Gedeihen der neuen Arten.
"Wir wissen nicht, was Ursache und was Folge ist", sagt Dominic
Papineau von der Carnegie Institution of Washington. "Einige Dinge
zur gleichen Zeit geschehen, also die Geschichte ist noch nicht klar."
Um zu helfen die geologische Handlungsstrang aussortieren, studiert Papineau banded Iron Formationen (BIFs), Sedimentgesteine, die sich an der Unterseite des Urmeeres gebildet.
Papineau Forschung, die von der NASA Exobiologie unterstützt wird und
Evolutionäre Biologie Programm konzentriert sich auf bestimmte Mineralien in der
BIFs, die an das Leben (und sterben) von alten Mikroben gebunden werden können.
Bergbau BIFs
Die Eisenminerale innerhalb BIFs bilden die weltweit größte Quelle von
Eisenerz. Allerdings sind diese Gesteine wertvolle für mehr als nur die
Stahl. Geologen baue ihnen ihre reichen historischen Aufzeichnungen, die überspannt
von 3,8 Mrd. auf 0,8 Milliarden Jahren.
Der Ursprung des ältesten BIFs ist jedoch ein bisschen ein Rätsel. Die
aktuellen Konsens ist, dass sie die Hilfe von Organismen zu bilden benötigt,
Aber welche? Diese einfache einzellige Meeresbewohner verlassen nicht
uns keine Knochen oder Muscheln, durch holen, aber Papineau denkt es könnte
immer noch werden Sie mineralische oder geochemische Fossilien in den BIFs.
Er und seine Kollegen fanden kohlenstoffhaltigen Material im Zusammenhang mit Apatit BIFs,
ein Phosphat Mineral, das manchmal in der Biologie gebunden ist. Die Implikation
ist, dass die BIF-Erbauer in eigener Handarbeit begraben wurden.
Um dies zu überprüfen, Studium Papineau Team den BIF-Kohlenstoff und
Vergleich mit anderen kohlenstoffhaltigen Mineral-Verbänden bekannt sein
nicht-biologischen Ursprungs, einschließlich Mineralien in einem Mars-Meteoriten gefunden.
"Diese Arbeit hat das Potenzial zu zeigen, dass die mikrobielle Biomasse wurde
verbunden sind und zusammen mit den Mineralien Eisen, hinterlegt", sagt Andreas
Kappler von der Universität Tübingen in Deutschland, die nicht
in der Forschung beteiligt.
Frühe Darstellung des Sauerstoff-exhalers
Es ist möglich, dass diese mikrobiellen BIF Bauherren Cyanobakterien waren,
Da der Sauerstoff aus dieser Mikroben Eisenoxidation verursacht haben könnte
in der Pre-GOE-Ozean.
Aber wenn die Cyanobakterien lange bevor die GOE erschien, warum dauerte es mehrere Hunderte von Millionen von Jahren für ihre Ausdünstungen von Sauerstoff in der Atmosphäre aufzubauen?
Papineau und seine Kollegen können Teil der Antwort in einem komplexen Zusammenspiel von Biologie und Geologie gefunden haben.
Die frühen Sauerstoff aus Cyanobakterien durch zerstört ein
Übergewicht von Methan. Die beiden Gase reagieren miteinander zu
Kohlendioxid und Wasser zu produzieren.
"Sauerstoff in einer Methan-Umgebung ansammeln kann nicht", sagt Papineau.
Das Methan wird geglaubt, um von Mikroben genannt Methanogens, die aus Methan durch Kohlendioxid und Wasserstoff zu speien gekommen.
In diesem Szenario, Methanogens und Cyanobakterien, die gemeinsam die
alten Ozean, aber die Methanogens hatten die Oberhand – ihre Methan
Sauerstoff in Schach gehalten, und auch erwärmt den Planeten durch ein
Treibhauseffekt. Um die Zeit der GOE, dann aber diese
Organismen ging zurück, und die daraus resultierenden Methan-erschöpft
Atmosphäre begann mit Sauerstoff aus Cyanobakterien zu füllen.
Ohne Nickel zu ersparen
Verbinden die GOE mit einem Rückgang um Methanogen getan wurde, bevor, aber
gab es wenig Beweis, zum dieser Hypothese zu unterstützen. Vor kurzem,
Allerdings berichteten Papineau und seine Mitarbeiter in der Zeitschrift Nature , die das Niveau von Nickel in BIFs 2,7 Milliarden Jahren deutlich gesunken.
Die Implikation ist, dass der Ozean Nickel Fülle um 50 sank
Prozent unmittelbar vor der GOE. Dies ist bedeutsam, weil Methanogens
verlassen Sie sich auf Nickel: Es ist ein zentraler Bestandteil für die metabolische Enzyme
die Methan-Produktion beteiligt. Wenn der Nickel sank,
die Methanogens vermutlich verhungert.
Die Nickel-Hungersnot-Szenario ist eine Pre-GOE-Entwicklung der
Cyanobakterien plausibler, aber bestätigt dies länger dauern wird
Beweise.
Kappler glaubt, dass Studium des Ursprungs des ältesten BIFs könnte
sagen Sie uns, wenn Leben entwickelt die Fähigkeit zu atmen Sauerstoff und damit
verändern Sie die Welt für immer.
- Frühe Erde mag lila gewesen sein