Skąd wziął się tlen w ziemskiej atmosferze? Jest nowa koncepcja

Skąd wziął się tlen w ziemskiej atmosferze? Naukowcy z MIT mają ciekawy pomysł

To mikroorganizmy i minerały mogły zapoczątkować proces wypełniania tlenem naszej atmosfery. Naukowcy MIT zaproponowali nowy mechanizm, który może wyjaśnić wiele zagadek przeszłości dotyczących młodej Ziemi.

Musiały minąć blisko dwa miliard lat, aby ziemska atmosfera wypełniła się tlenem. Chociaż wcześniej istniały fotosyntetyzujące mikroby, pierwiastek ten zaczął gromadzić się w atmosferze dopiero 2,3 mld lat temu, osiągając poziom, który zapewnia dzisiejsze życie. Zdarzenie to znane jest jako katastrofa tlenowa, choć angielski termin – Great Oxidation Event (GOE) – lepiej oddaje jego naturę. To, co doprowadziło do katastrofy tlenowej, pozostaje jedną z największych zagadek nauki.

Nowa hipoteza, zaproponowana przez naukowców z MIT, sugeruje, że tlen zaczął pojawiać się w atmosferze dzięki interakcjom między mikroorganizmami morskimi a minerałami w osadach oceanicznych. Zapobiegały one zużyciu tlenu, zapoczątkowując proces, w którym coraz więcej tlenu było udostępniane do atmosfery. Analizy matematyczne wykazały, że rzeczywiście istniały mikroorganizmy, które istniały przed GOE. Badania opublikowano w Nature Communications.

Prawdopodobnie najważniejszą zmianą biogeochemiczną w historii naszej planety było natlenienie atmosfery. Pokazujemy, jak wzajemne oddziaływanie mikrobów, minerałów i środowiska geochemicznego przyczyniło się do zwiększenia ilości tlenu w atmosferze.

prof. Daniel Rothman z MIT

Przeszłość wpływa na teraźniejszość

Obecny poziom tlenu w ziemskiej atmosferze to wynik stabilnej równowagi między procesami, które wytwarzają tlen, a tymi, które go zużywają. Nie wiadomo jednak, co doprowadziło do wystąpienia katastrofy tlenowej.

Jeśli przyjrzeć się historii Ziemi, okazuje się, że były dwa skoki, w których przechodziliśmy od stałego stanu niskiej zawartości tlenu do stałego stanu znacznie wyższej zawartości tlenu, raz w paleoproterozoiku, raz w neoproterozoiku. Te skoki nie mogły być spowodowane stopniowym wzrostem nadmiaru tlenu. Musiała istnieć jakaś pętla sprzężenia zwrotnego, która spowodowała tę skokową zmianę stabilności.

prof. Gregory Fournier z MIT

Naukowcy zastanawiali się, czy taka pętla dodatniego sprzężenia zwrotnego mogła powstać w wyniku procesów zachodzących w oceanach. Węgiel organiczny jest zużywany głównie w procesie utleniania, w którym morskie mikroorganizmy wykorzystują tlen do rozkładu materii organicznej, takiej jak detrytus, który został zamknięty w osadach. Zespół zastanawiał się, czy mógł istnieć jakiś proces, w którym obecność tlenu stymulowała jego dalszą akumulację?

Naukowcy opracowali model matematyczny, który pozwolił na następujące przewidywanie: jeśli mikroby posiadałyby zdolność do jedynie częściowego utleniania materii organicznej, częściowo utleniona materia, czyli POOM (ang. partially-oxidized matter), stałaby się „lepka” i chemicznie wiązałaby się z minerałami w osadzie w sposób, który chroniłby ją przed dalszym utlenianiem. Tlen, który w przeciwnym razie zostałby zużyty do pełnego rozkładu materiału, mógłby swobodnie gromadzić się w atmosferze. Proces ten, może służyć jako dodatnie sprzężenie zwrotne, zapewniając naturalną pompę, która popycha atmosferę do nowej, wysokotlenowej równowagi.

Czytaj też: Tlenu na Księżycu nie zabraknie. To urządzenie wyprodukuje go na miejscu

Uczeni zidentyfkkowali grupę mikrobów, które obecnie częściowo utleniają materię organiczną w głębokim oceanie. Drobnoustroje te należą do grupy bakterii SAR202, a ich częściowe utlenianie odbywa się za pomocą enzymu – monooksygenazy Baeyera-Villigera (BVMO). Okazało się, że gen enzymu można odnaleźć wśród różnych drobnoustrojów, także przed katastrofą tlenową.

To może rzucić nowe światło na początki tlenu w ziemskiej atmosferze – aby potwierdzić tę hipotezę, konieczne jest przeprowadzenie dodatkowych badań.