Nieuw onderzoek toont aan dat er tussen één en twee miljard jaar geleden mogelijk meer stikstof in de oceaan was dan eerder werd gedacht, waardoor mariene organismen zich kunnen vermenigvuldigen in een tijd waarin multi-cellulariteit en eukaryoot leven voor het eerst opkwamen.

UBC-onderzoekers reisden naar het Kivumeer in de Democratische Republiek Congo, vanwege zijn vergelijkbare chemie als de oceanen van de Proterozoïcum aion, zo'n 2,3 tot 0,5 miljard jaar geleden. De diepe wateren van een deel van het meer hebben geen zuurstof en zijn een van de weinige plekken op aarde waar opgelost ijzer in hoge concentraties aanwezig is.

"Dit is de eerste keer dat we microben hebben waargenomen die stikstof recyclen door het te laten reageren met ijzer in zo'n watermassa, zei Celine Michiels, hoofdauteur van de studie en promovendus bij UBC. "Hoewel deze reacties zijn waargenomen in het laboratorium, hun activiteit in het Kivumeer geeft ons het vertrouwen dat ze een belangrijke rol kunnen spelen in natuurlijke ecosystemen en stelt ons in staat wiskundige modellen te bouwen die deze reacties in oceanen uit het verleden kunnen beschrijven."

Michiels en haar collega's ontdekten dat wanneer micro-organismen uit het Kivumeer ijzer laten reageren met stikstof in de vorm van nitraat, een deel van deze stikstof wordt omgezet in gas, die verloren gaat in de atmosfeer, maar de rest van de stikstof wordt gerecycled van nitraat naar ammonium, die opgelost blijft en beschikbaar is voor diverse micro-organismen om als voedingsstof te gebruiken.

Het onderzoeksteam gebruikte wiskundige modellen, geïnformeerd door gegevens verzameld uit het Kivumeer, om meer te weten te komen over hoe deze recycling het leven in de oceanen tijdens het Proterozoïcum had kunnen beïnvloeden. Ze leerden dat biologische activiteit niet werd beperkt door de beschikbaarheid van stikstof, zoals eerder gedacht, maar werd waarschijnlijk beperkt door een andere belangrijke voedingsstof, fosfor. De beschikbaarheid van voedingsstoffen zou op dit moment een belangrijke rol hebben gespeeld bij het vormgeven van de aard en activiteit van het leven in de oceanen, daarmee de weg vrijmakend voor de evolutie van meercellig leven en eukaryoten.

"Het is echt opwindend dat we informatie kunnen gebruiken die is teruggevonden in moderne omgevingen zoals het Kivu-meer om wiskundige modellen te maken en te kalibreren die de chemie en biologie van bijna twee miljard jaar geleden reconstrueren, " zei Sean Crowe, senior auteur van de studie en universitair docent en Canada Research Chair in Geomicrobiology bij UBC. "Met deze modellen en aanwijzingen van rotsen, we leren steeds meer over hoe het evoluerende leven in de oude oceanen de chemie van het aardoppervlak heeft gevormd gedurende lange perioden van vroege geschiedenis."