Onderzoek geleid door de Universiteit van St. Andrews en gisteren (maandag 6 februari) gepubliceerd in Natuur – geeft nieuw inzicht in hoe het leven evolueerde naast veranderingen in de chemie van het aardoppervlak. Deze onderzoekers onderzochten geochemische gegevens van de 'Great Oxidation Event' van de aarde, 2,3 miljard jaar geleden, en legde voor het eerst de reactie van de stikstofcyclus op deze belangrijke overgang in het aardoppervlak vast.

De studie, die werd geleid door Dr. Aubrey Zerkle van de School of Earth &Environmental Sciences in St. Andrews, vult een gat van ongeveer 400 miljoen jaar in geochemische gegevens van een dramatische verandering die halverwege de geschiedenis van de aarde plaatsvond, wanneer zuurstof (O2) zich voor het eerst ophoopte in de atmosfeer.

Dr. Zerkle legde uit:"De 'Great Oxidation Event' was misschien wel de meest dramatische milieuverandering in de geschiedenis van de aarde. Het was van cruciaal belang voor de ontwikkeling van de gastvrije omgeving die we vandaag bewonen, omdat het een voorwaarde was voor de evolutie van dieren die universeel O2 nodig hebben om te leven.

"Catastrofale omwentelingen in vroegere oppervlakteomstandigheden zoals deze bieden aardwetenschappers een cruciaal venster om te bestuderen hoe de biosfeer reageert op veranderingen in het milieu. Als we begrijpen hoe het leven op deze planeet in het verleden reageerde op geochemische veranderingen, kunnen we de reactie op toekomstige veranderingen, inclusief het opwarmende klimaat van de aarde. Het zal ook onze zoektocht naar bewoonbare planeten in andere zonnestelsels informeren."

‌De rotskernen die Dr. Zerkle en haar collega's bestudeerden, uit de Nationale Kernbibliotheek in Donkerhoek, Zuid-Afrika, zijn onlangs gebruikt om het optreden van de Great Oxidation Event te dateren, en bieden belangrijke inzichten over hoe deze gebeurtenis de beschikbaarheid van stikstof beïnvloedde. Stikstof is een essentieel element in alle levende organismen, nodig voor de vorming van eiwitten, aminozuren, DNA en RNA. Als een belangrijke "voedingsstof", stikstof regelt daarom de wereldwijde primaire productiviteit, die op zijn beurt het klimaat regelt, verwering, en de hoeveelheid zuurstof aan het aardoppervlak.

Ondanks het belang van stikstof voor het leven, Er waren grote hiaten in de eerdere geochemische gegevens over hoe de stikstofcyclus heeft gereageerd op kritieke gebeurtenissen in de geschiedenis van de aarde. Het resultaat van het onderzoek van Dr. Zerkle is een unieke set van hoge resolutie registraties van stikstofisotopen in sedimentaire gesteenten die de omgevingscondities tijdens de Great Oxidation Event vastleggen. Deze gedetailleerde gegevens documenteren het onmiddellijke begin van een modern nitraatgedreven ecosysteem, verschijnen gelijktijdig met het eerste bewijs voor O2 in de atmosfeer.

Ze legde uit:"Onze gegevens tonen het eerste voorkomen van wijdverbreide nitraat, die de snelle diversificatie van complexe organismen had kunnen stimuleren, heet op de hielen van de wereldwijde oxygenatie. De bouwstenen waren blijkbaar op hun plaats, de vraag die overblijft is waarom de eukaryote evolutie schijnbaar nog een miljard of meer jaren tot stilstand was gekomen."

De resultaten worden ondersteund door een recente studie van seleniumisotopen over hetzelfde tijdsinterval door onderzoekers, waaronder dr. Eva Stüeken van de Universiteit van St. Andrews. Dr. Stüeken en collega's ontdekten dat de seleniumcyclus werd verstoord op een manier die alleen kan worden verklaard door een uitbreiding van zuurstof in de oppervlakte-oceaan - genoeg om nitraat te genereren en mogelijk complex leven te ondersteunen. Dr. Andrey Bekker van UC-Riverside, die beide studies co-auteur was, legde uit:"We weten nu dat redox-omstandigheden gunstig waren voor de ontwikkeling van complex leven onmiddellijk na de Grote Oxidatie. De vraag is of eukaryoten niet evolueerden in het vroege Paleoproterozoïcum, wat zijn de andere intrinsieke controles die de evolutie van het leven bepalen?"