Maapallo. Kuvan luotto: NASA Klikkaa suuremmaksi
Maapallon elämän historia liittyy läheisesti hapen esiintymiseen ilmakehässä. Nykyisen tieteellisen konsensuksen mukaan merkittäviä määriä happea ilmaantui ensimmäisen kerran maan ilmakehään noin 2,4 miljardia vuotta sitten, ja toinen suuri ilmakehän hapen lisäys tapahtui paljon myöhemmin, ehkä noin 600 miljoonaa vuotta sitten.
Marylandin yliopiston geologien uudet havainnot viittaavat kuitenkin siihen, että ilmakehän hapen toinen hyppy on itse asiassa saattanut alkaa paljon aikaisemmin ja tapahtui hitaammin kuin aiemmin uskottiin. Löydökset tehtiin mahdolliseksi käyttämällä Marylandissa kehitettyä uutta työkalua mikrobielämän seurantaan muinaisissa ympäristöissä. National Science Foundationin ja NASA:n rahoittama työ ilmestyy Science-lehden 2. joulukuun numerossa.
Valmistunut tutkija David Johnston, tutkija Boswell Wing ja kollegat Marylandin yliopiston geologian ja maajärjestelmätieteen laitoksen tieteidenvälisestä keskuksesta johtivat kansainvälistä tutkijaryhmää, joka käytti harvinaisen rikin isotoopin, 33S:n, erittäin tarkkoja mittauksia selvittääkseen, että muinainen meri mikrobit, jotka tunnetaan rikkiä disproporcionoivina prokaryooteina, olivat laajalti aktiivisia lähes 500 miljoonaa vuotta aikaisemmin kuin aiemmin uskottiin.
Näiden rikkiä disproportsoivien bakteerien käyttämät välituotteen rikkiyhdisteet muodostuvat altistamalla sulfidimineraaleja happikaasulle. Näin ollen tutkijat ovat tulkinneet todisteet tämän tyyppisten bakteerien laajalle levinneestä toiminnasta todisteeksi ilmakehän happipitoisuuden lisääntymisestä.
'Nämä mittaukset viittaavat siihen, että rikkiyhdisteiden epäsuhtautuminen oli aktiivinen osa rikin kiertoa [1,3 miljoonaa vuotta sitten] ja että maapallon pinnan progressiivinen hapettuminen on saattanut olla ominaista [keskialueelle]', kirjoittajat kirjoittavat.
Proterotsoic on ajanjakso maapallon historiassa noin 2,4 miljardin vuoden takaa 545 miljoonaan vuoteen.
'Löydökset osoittavat myös, että uutta 33S-pohjaista tutkimusmenetelmää voidaan käyttää ainutlaatuisesti jäljittämään mikrobielämän esiintymistä ja luonnetta muinaisissa ympäristöissä ja antamaan välähdys evoluutiosta toiminnassa', Johnston sanoi. 'Tämä lähestymistapa tarjoaa merkittävän uuden työkalun varhaisen elämän astrobiologiseen etsintään maan päällä ja sen ulkopuolella.'
Ilma, jota hengitämme
Kun planeettamme muodostui noin 4,5 miljardia vuotta sitten, käytännössä kaikki maan happi sitoutui kemiallisesti muihin alkuaineisiin. Se oli kiinteissä yhdisteissä, kuten kvartsissa ja muissa silikaattimineraaleissa, nestemäisissä yhdisteissä, kuten vedessä, ja kaasumaisissa yhdisteissä, kuten rikkidioksidi ja hiilidioksidi. Vapaata happea – kaasua, jonka avulla voimme hengittää ja joka on välttämätöntä kaikelle kehittyneelle elämälle – ei käytännössä ollut olemassa.
Tiedemiehet ovat pitkään luulleet, että hapen ilmaantuminen ilmakehään johtui kahdesta erillisestä happitason hyppystä. Viime vuosina tutkijat ovat käyttäneet Marylandin yliopiston geologi James Farquharin ja Marylandin kollegoiden kehittämää menetelmää lopullisesti määrittämään, että merkittäviä määriä happea ilmaantui maan ilmakehään ensimmäisen kerran noin 2,4 miljardia vuotta sitten. Tämä nousu, jota joskus kutsutaan 'suureksi hapettumistapahtumaksi', merkitsee proterotsoisen ajanjakson alkua.
Yleinen tieteellinen konsensus on myös katsonut, että toinen suuri ilmakehän hapen nousu tapahtui noin 600 miljoonaa vuotta sitten, ja happi nousi tuolloin lähes nykyiselle tasolle. Todisteet monisoluisista eläimistä ilmaantuvat ensimmäisen kerran geologiassa tähän aikaan.
'On keskusteltu paljon siitä, oliko ilmakehän hapen toinen suuri nousu nopeaa ja vaiheittaista vai hidasta ja progressiivista', Wing sanoi. 'Tuloksemme tukevat ajatusta, että toinen nousu oli progressiivinen ja alkoi noin 1,3 miljardia vuotta sitten, eikä 0,6 miljardia vuotta sitten.'
Johnstonin lisäksi Wingin Marylandin tekijöitä 2. joulukuuta ilmestyneessä paperissa ovat geologiakollegat James Farquhar ja Jay Kaufman. Heidän ryhmänsä työskentelee dokumentoidakseen rikin isotooppien ja Maan ilmakehän kehityksen välisiä yhteyksiä käyttämällä kenttätutkimusta, kivinäytteiden laboratorioanalyysiä, geokemiallisia malleja, fotokemiallisia kokeita rikkiä sisältävillä kaasuilla ja mikrobikokeita.
David T. Johnston, Boswell A. Wing, James Farquhar ja Alan J. Kaufman, Marylandin yliopiston 'Aktiivinen mikrobinen rikin epäsuhtautuminen mesoproterozoicissa'; Harald Strauss, Universit?t M?nster; Timothy W. Lyons, Kalifornian yliopisto, Riverside; Linda C. Kah, Tennesseen yliopisto; Donald E. Canfield, Etelä-Tanskan yliopisto: Tiede, 2. joulukuuta 2005.
Alkuperäinen lähde: UM:n uutistiedote