Kuvan luotto: NASA
Kun kaksi kulkuria etsii Marsia vedestä ja elämän esiasteista, geokemistit ovat löytäneet todisteita siitä, että Maan muinaiset valtameret olivat paljon erilaisia kuin nykyiset. Science-lehden tämän viikon numerossa julkaistussa tutkimuksessa viitataan uusiin tietoihin, jotka osoittavat, että Maan elämää antavat valtameret sisälsivät vähemmän happea kuin nykyiset ja että ne olisivat voineet olla lähes hapettomat miljardi vuotta pidempään kuin aiemmin uskottiin. Nämä havainnot voivat auttaa selittämään, miksi monimutkainen elämä tuskin kehittyi miljardeihin vuosiin sen syntymisen jälkeen.
National Science Foundationin (NSF) rahoittamat ja Rochesterin yliopistoon sidoksissa olevat tutkijat ovat kehittäneet uuden menetelmän, joka paljastaa, kuinka valtamerten happi on voinut muuttua maailmanlaajuisesti. Useimmat geologit ovat yhtä mieltä siitä, että valtamerissä ei ollut käytännöllisesti katsoen lainkaan happea liuennut ennen kuin noin 2 miljardia vuotta sitten, ja että ne olivat happirikkaita suurimman osan viimeisen puolen miljardin vuoden aikana. Mutta välissä on aina ollut mysteeri.
Geokemistit kehittivät tapoja havaita muinaisen hapen merkkejä tietyillä alueilla, mutta eivät koko maan valtamerissä. Ryhmän menetelmä voidaan kuitenkin ekstrapoloida kaikkien valtamerten luonteen ymmärtämiseksi ympäri maailmaa.
'Tämä on paras suora todiste siitä, että globaaleilla valtamerillä oli vähemmän happea tuona aikana', sanoo Gail Arnold, Rochesterin yliopiston maa- ja ympäristötieteiden tohtoriopiskelija ja tutkimuksen johtava kirjoittaja.
Enriqueta Barrera, NSF:n maatieteiden divisioonan ohjelmajohtaja, lisää: 'Tämä tutkimus perustuu uuteen lähestymistapaan, molybdeeni-isotooppien soveltamiseen, jonka avulla tutkijat voivat varmistaa maailmanlaajuiset häiriöt valtameriympäristöissä. Nämä isotoopit avaavat uuden oven hapettomien valtameriolosuhteiden tutkimiseen toisinaan geologisen ennätyksen yli.'
Arnold tutki Pohjois-Australiasta peräisin olevia kiviä, jotka olivat valtameren pohjassa yli miljardi vuotta sitten, käyttäen uutta hänen ja yhteistyökumppaneidensa Jane Barlingin ja Ariel Anbarin kehittämää menetelmää. Aiemmat tutkijat olivat poraaneet useita metrejä kallioon ja testanneet sen kemiallista koostumusta, mikä vahvisti, että alkuperäiset tiedot valtameristä olivat säilyneet turvallisesti. Tiimin jäsenet toivat kivet takaisin laboratorioihinsa, joissa he käyttivät äskettäin kehitettyä tekniikkaa, nimeltään Multiple Collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer - tutkiakseen molybdeeni-isotooppeja kivien sisällä.
Alkuaine molybdeeni pääsee valtameriin jokien valumien kautta, liukenee meriveteen ja voi pysyä liuenneena satoja tuhansia vuosia. Pysymällä liuoksessa niin kauan, molybdeeni sekoittuu hyvin valtameriin, mikä tekee siitä erinomaisen maailmanlaajuisen indikaattorin. Sen jälkeen se poistetaan valtameristä kahdentyyppisiksi sedimenteiksi merenpohjassa: vesien alla oleviksi sedimenteiksi, jotka ovat happipitoisia ja happiköyhiä.
Yhteistyössä Missourin yliopiston kirjoittajan Timothy Lyonsin kanssa Rochester-tiimi tutki näytteitä modernista merenpohjasta, mukaan lukien harvinaiset paikat, joissa on nykyään happea köyhiä. He oppivat, että molybdeenin isotooppien kemiallinen käyttäytyminen sedimenteissä vaihtelee sen mukaan, kuinka paljon happea pinnalla olevissa vesissä on. Tämän seurauksena molybdeeni-isotooppien kemia maapallon valtamerissä riippuu siitä, kuinka paljon merivettä on happea. He havaitsivat myös, että tietyntyyppisissä kivissä oleva molybdeeni tallentaa nämä tiedot muinaisista valtameristä. Nykyaikaisiin näytteisiin verrattuna Australiasta peräisin olevien kivien molybdeenikemian mittaukset viittaavat valtameriin, joissa on paljon vähemmän happea.
Kuinka paljon vähemmän happea on kysymys. Maailmalla, joka on täynnä hapettomia valtameriä, voi olla vakavia seurauksia evoluutiolle. Eukaryootit, solut, jotka muodostavat kaikki organismit paitsi bakteerit, esiintyvät geologisissa tiedoissa jo 2,7 miljardia vuotta sitten. Mutta eukaryootit, joissa on monia soluja - kasvien ja eläinten esi-isät - ilmestyivät vasta puoli miljardia vuotta sitten, suunnilleen silloin, kun valtameristä tuli runsaasti happea. Harvardin yliopiston paleontologi Andrew Knollin kanssa Anbar esitti aiemmin hypoteesia, jonka mukaan pitkittynyt hapettomien valtamerten ajanjakso voi olla avain siihen, miksi monimutkaisemmat eukaryootit tuskin saivat toimeentuloaan heidän tuotteliaisten bakteeriserkkujensa menestyessä. Arnoldin tutkimus on tärkeä askel tämän hypoteesin testaamisessa.
'On huomattavaa, että tiedämme niin vähän oman planeettamme valtamerten historiasta', Anbar sanoo. 'Onko valtamerissä happea vai ei, se on suoraviivainen kemiallinen kysymys, johon luulisi olevan helppo vastata. Se osoittaa, kuinka vaikeaa on kiusoitella tietoa rock-levyltä ja kuinka paljon muuta meidän on opittava alkuperästämme.
Seuraava askel on selvittää, kuinka paljon vähemmän happea oli valtamerissä muinaisessa menneisyydessä. Tutkijat aikovat jatkaa molybdeenikemian tutkimista vastatakseen tähän kysymykseen NSF:n ja NASA:n, alkuperäistä työtä tukeneiden virastojen, jatkuvalla tuella. Tiedot eivät ainoastaan valaise omaa evoluutiotamme, vaan voivat auttaa meitä ymmärtämään olosuhteet, joita meidän tulee etsiä etsiessämme elämää Maan ulkopuolelta.
Alkuperäinen lähde: NSF:n uutistiedote