Onderzoek door Mojtaba Fakhraee, een afgestudeerde student aan de University of Minnesota Duluth (UMD) en universitair hoofddocent Sergei Katsev heeft een belangrijke mijlpaal in de evolutie van het milieu op aarde met ongeveer 250 miljoen jaar teruggeschoven. Hoewel wordt aangenomen dat zuurstof zich ongeveer 2,45 miljard jaar geleden voor het eerst heeft opgehoopt in de atmosfeer van de aarde, nieuw onderzoek toont aan dat oceanen lang voor die tijd veel zuurstof bevatten, het verstrekken van energierijke habitat voor het vroege leven. De resultaten van de twee UMD-wetenschappers en hun co-auteur Sean Crowe van de University of British Columbia zijn gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

"Toen kleine bacteriën in de oceaan zuurstof begonnen te produceren, het was een belangrijk keerpunt en veranderde de chemie van de aarde, " legde Katsev uit. "Ons werk lokaliseert de tijd dat de oceaan zuurstof begon te accumuleren op niveaus die de chemie van de oceaan aanzienlijk zouden veranderen en het is ongeveer 250 miljoen jaar eerder dan wat we wisten voor de atmosfeer. Dat is ongeveer de tijdsduur vanaf de eerste verschijning van dinosaurussen tot vandaag."

De resultaten zijn belangrijk, volgens de auteurs omdat ze ons begrip van de omstandigheden op aarde verdiepen toen al het leven bestond uit eencellige microben en hun metabolisme, waarvan we nu weten dat ze nog maar net in opkomst waren.

"Dit helpt ons niet alleen te theoretiseren over het vroege leven op aarde, maar ook over de kenmerken van het leven dat we op andere planeten zouden kunnen vinden, ' zei Fakhraee.

De conclusies van het onderzoek zijn het resultaat van het maken van een gedetailleerd computermodel van chemische reacties die plaatsvonden in de sedimenten van de oceaan. Onderzoekers concentreerden zich op de zwavelcyclus en simuleerden de patronen waarin drie verschillende isotopen van zwavel konden combineren in oude sedimentaire gesteenten. Door de modelresultaten te vergelijken met een grote hoeveelheid gegevens van oude rotsen en zeewater, ze waren in staat om te bepalen hoe zwavel- en zuurstofniveaus waren gekoppeld en beperkten de concentraties van zuurstof en sulfaat in oud zeewater.

"We proberen het functioneren van het vroege leven en vroege omgevingen te reconstrueren, " zei Katsev. "Niemand keek echt naar hoe de isotopische signalen die werden gegenereerd in de atmosfeer en de oceaan werden omgezet in het sediment. Maar alles wat we nu kunnen waarnemen is wat bewaard is gebleven als rotsen, en de isotopenpatronen kunnen tijdens het proces zijn gewijzigd."

Veel van dit onderzoek bouwt voort op het eerdere werk van de teamleden, en de modelleringsresultaten helpen bij het samenstellen van enkele van de waarnemingen die tegenstrijdig leken. "We hebben enkele puzzels opgelost in de historische tijdlijn en tegenstrijdigheden die bestonden in de zwavelisotooprecords, ' zei Fakhraee.