Bildekreditt: NASA
Da to rovere skyr Mars etter tegn på vann og forgjengerne til livet, har geokjemister avdekket bevis for at jordens gamle hav var mye forskjellig fra dagens. Forskningen, som ble publisert i ukens utgave av tidsskriftet Science, siterer nye data som viser at jordas livgivende hav inneholdt mindre oksygen enn i dag, og kunne ha vært nesten blottet for oksygen i en milliard år lenger enn tidligere antatt. Disse funnene kan bidra til å forklare hvorfor det kompliserte livet knapt utviklet seg i milliarder av år etter at det oppsto.
Forskerne, finansiert av National Science Foundation (NSF) og tilknyttet University of Rochester, har vært pioner for en ny metode som avslører hvordan oksygen i havet kan ha endret seg globalt. De fleste geologer er enige om at det praktisk talt ikke var oksygen oppløst i verdenshavene før for omtrent 2 milliarder år siden, og at de var oksygenrike i de fleste av de siste halvmilliarder årene. Men det har alltid vært et mysterium om perioden i mellom.
Geokjemister utviklet måter å oppdage tegn på eldgammelt oksygen i bestemte områder, men ikke i jordens hav som helhet. Teamets metode kan imidlertid ekstrapoleres for å forstå naturen til alle hav rundt om i verden.
"Dette er det beste direkte beviset på at verdenshavene hadde mindre oksygen i løpet av den tiden," sier Gail Arnold, doktorgradsstudent i jord- og miljøvitenskap ved University of Rochester og hovedforfatter av forskningsoppgaven.
Tilføyer Enriqueta Barrera, programdirektør i NSFs divisjon av jordvitenskap, "Denne studien er basert på en ny tilnærming, anvendelsen av molybdenisotoper, som lar forskere fastslå globale forstyrrelser i havmiljøer. Disse isotopene åpner en ny dør for å utforske anoksiske havforhold til tider over den geologiske posten. ”
Arnold undersøkte steiner fra Nord-Australia som lå ved havets gulv for over en milliard år siden, ved å bruke den nye hun hadde metoden utviklet av henne og medforfattere, Jane Barling og Ariel Anbar. Tidligere forskere hadde boret flere meter ned i berget og testet den kjemiske sammensetningen, og bekreftet at den hadde oppbevart original informasjon om havene trygt bevart. Teammedlemmene brakte bergartene tilbake til laboratoriene deres, hvor de brukte nyutviklet teknologi - kalt en Multiple Collector induktivt koblet plasma-massespektrometer - for å undersøke molybdenisotoper i bergartene.
Elementet molybden kommer inn i havene gjennom avrenning av elven, løses opp i sjøvann og kan forbli oppløst i hundretusenvis av år. Ved å holde seg i løsningen så lenge, blandes molybden godt gjennom hele verdenshavene, noe som gjør det til en utmerket global indikator. Den blir deretter fjernet fra havene i to slags sedimenter på havbunnen: de som ligger under vann, oksygenrike og de som er oksygenfattige.
I samarbeid med medforfatter Timothy Lyons ved University of Missouri, undersøkte Rochester-teamet prøver fra det moderne havbunnen, inkludert de sjeldne stedene som er oksygenfattige i dag. De lærte at den kjemiske oppførselen til molybdenens isotoper i sedimenter er forskjellig avhengig av mengden oksygen i det overliggende vannet. Som et resultat avhenger kjemien til molybdenisotoper i de globale havene av hvor mye sjøvann som er oksygenfattig. De fant også ut at molybden i visse typer bergarter registrerer denne informasjonen om gamle hav. Sammenlignet med moderne prøver peker målinger av molybdenkjemi i bergartene fra Australia mot hav med mye mindre oksygen.
Hvor mye mindre oksygen er spørsmålet. En verden full av anoksiske hav kan ha alvorlige konsekvenser for evolusjonen. Eukaryoter, den typen celler som utgjør alle organismer unntatt bakterier, vises i den geologiske posten så tidlig som for 2,7 milliarder år siden. Men eukaryoter med mange celler - forfedrene til planter og dyr - dukket ikke opp før for en halv milliard år siden, omtrent da havene ble rike på oksygen. Med paleontolog Andrew Knoll fra Harvard University avanserte Anbar tidligere hypotesen om at en lengre periode med anoksiske hav kan være nøkkelen til hvorfor de mer komplekse eukaryotene knapt kom til å leve, mens deres produktive bakteriekusiner trivdes. Arnolds studie er et viktig skritt i å teste denne hypotesen.
"Det er oppsiktsvekkende at vi vet så lite om historien til vår egen planetes hav," sier Anbar. "Hvorvidt det var oksygen i havene eller ikke, er et greit kjemisk spørsmål som du tror ville være lett å svare på. Det viser hvor vanskelig det er å drille informasjon fra rockeplata og hvor mye mer det er for oss å lære om vår opprinnelse. ”
Å finne ut hvor mye mindre oksygen som var i verdenshavene i den gamle fortiden, er neste trinn. Forskerne planlegger å fortsette å studere molybdenkjemi for å svare på det spørsmålet, med fortsatt støtte fra NSF og NASA, byråene som støttet det innledende arbeidet. Informasjonen vil ikke bare belyse vår egen evolusjon, men kan hjelpe oss med å forstå forholdene vi bør se etter når vi søker etter livet utenfor Jorden.
Originalkilde: NSF News Release
