Starodavne kamnine zapisujejo prve dokaze za fotosintezo, ki je ustvarila kisik | 2020

Vsebina:

Anonim

"Skala pred 3,4 milijarde let je pokazala, da ocean v bistvu ni vseboval prostega kisika," pravi Clark Johnson, profesor geoznanosti na UW-Madisonu in član NASA Astrobiološkega inštituta. "Nedavna dela so pokazala majhno povečanje kisika na 3 milijarde let. Kamnine, ki smo jih preučevali, so stare 3,23 milijard let in so zelo dobro ohranjene, in verjamemo, da kažejo jasne znake za kisik v oceanih veliko prej kot prejšnja odkritja."

Najbolj sprejemljiv kandidat za osvoboditev kisika v železovem oksidu so cianobakterije, primitivni fotosintetični organizmi, ki so živeli v antičnem oceanu. Najzgodnejši dokazi za življenje segajo že 3,5 milijard let, zato bi se lahko kisikova fotosinteza razvila relativno kmalu po samem življenju.

Do nedavnega je konvencionalna modrost v geologiji veljala za redkost kisika do »velikega oksigenacijskega dogodka«, pred 2,4 do 2,2 milijarde let.

Raziskovane kamnine, imenovane jaspis, narejene iz železovega oksida in kvarca, kažejo redne strige, ki jih povzročajo spremembe v sestavi sedimenta, ki jih je tvoril. Da bi odkrili kisik, so znanstveniki UW-Madisona izmerili železne izotope s prefinjenim masnim spektrometrom, v upanju, da bodo ugotovili, koliko kisika je potrebno za tvorbo železovih oksidov.

"Železovi oksidi, ki jih vsebujejo drobnozrnati, globoki sedimenti, ki so nastali pod ravnjo valovske motnje, so nastali v vodi z zelo malo kisika," pravi prvi avtor Aaron Satkoski, pomočnik znanstvenika na Oddelku za geoznanost. Toda zrnata kamnina, ki je nastala iz plitvega, valovito mešanega sedimenta, je zarjavela in vsebuje železov oksid, ki je zahteval veliko več kisika.

Vidni dokazi so bili podprti z meritvami izotopov železa, je dejal Satkoski.

Študijo je financirala NASA in objavila leta Zemeljska in planetarna znanstvena pisma .

Vzorci, ki jih je zagotovil Nicolas Beukes, sodelavec Univerze v Johannesburgu, so izvirali iz geološko stabilne regije v vzhodni Južni Afriki.

Ker so vzorci prišli iz enega jedra, so znanstveniki ne morejo dokazati, da je bila fotosinteza takrat razširjena, toda ko se je razvila, se je verjetno razširila. "Pri razvoju kisikove fotosinteze je prišlo do evolucijskega pritiska," pravi Johnson. "Ko naredite celični stroj, ki je dovolj zapleten, da to stori, je vaša oskrba z energijo neizčrpna. Potrebujete le sonce, vodo in ogljikov dioksid."

Drugi organizmi so razvili oblike fotosinteze, ki niso osvobodili kisika, vendar so se zanašali na minerale, raztopljene v vroči podzemni vodi - veliko manj bogat vir kot oceanska voda, dodaja Johnson. In čeprav je bil kisik v plitkem oceanu nedvomno prisoten pred 3,2 milijarde let, je bila koncentracija ocenjena le na približno 0,1 odstotka koncentracije, ki jo najdemo v današnjih oceanih.

Potrditev rezultatov železa je prišla iz študij urana in njegovih razpadajočih produktov v vzorcih, pravi soavtor Brian Beard, višji znanstvenik pri UW-Madison. "Uran je topen le v oksidirani obliki, zato je moral uran v sedimentu vsebovati kisik, ko se je skala strdila."

Meritve svinca, nastalega pri radioaktivnem razpadu urana, so pokazale, da je uran vnesen v vzorec kamnin pred 3,2 milijarde let. "To je bilo neodvisno preverjanje, ali je bil uran pred kratkim dodan. Je star kot skala; to je izvirno gradivo," pravi Beard.

"Poskušamo določiti starost, ko se je začela kisikova fotosinteza bakterij," pravi. "Cianobakterije lahko živijo v plitki vodi, delajo fotosintezo, ustvarjajo kisik, vendar kisik ni nujno v ozračju ali globokem oceanu."

Vendar pa je fotosinteza bila čudovit trik in se je prej ali slej začela širiti, pravi Johnson. "Ko življenje dobi kisikovo fotosintezo, je nebo meja. Ni razloga, da bi pričakovali, da ne bo povsod."