De zuurstofvoorziening van de atmosfeer van de aarde was dankzij, gedeeltelijk, tot ijzer- en silicadeeltjes in oud zeewater, volgens een nieuwe studie door geomicrobiologen aan de Universiteit van Alberta. Maar deze resultaten lossen slechts een deel van dit oude mysterie op.

Vroege organismen, cyanobacteriën genaamd, produceerden zuurstof door zuurstof fotosynthese, wat resulteert in de oxygenatie van de atmosfeer van de aarde. Maar cyanobacteriën hadden bescherming nodig tegen de UV-straling van de zon om te evolueren. Dat is waar ijzer- en silicadeeltjes in oud zeewater binnenkomen, volgens Aleksandra Mloszewska, een voormalig Ph.D. student die het onderzoek uitvoerde onder begeleiding van professoren Kurt Konhauser en George Owttrim.

Het onderzoeksteam karakteriseerde het effect van UV-stress op cyanobacteriën en de mate van straling door het zeewatermedium door een combinatie van microbiologische, spectroscopisch, geochemische en modelleringstechnieken. Ze ontdekten dat de aanwezigheid van hoge silica- en ijzerconcentraties in het vroege zeewater de vorming van ijzer-silicadeeltjes mogelijk maakte die gedurende langere tijd in de oceaan bleven zweven.

"In werkelijkheid, de ijzer-silicadeeltjes fungeerden als een oud zonnescherm voor de cyanobacteriën, hen te beschermen tegen de dodelijke effecten van directe blootstelling aan UV, ", legt Konhauser uit. "Dit was van cruciaal belang op de vroege aarde voordat er een voldoende dikke ozonlaag was ontstaan ​​​​die het mogelijk zou maken dat marien plankton zich over de hele wereld kon verspreiden, zoals vandaag het geval is."

Maar dat is slechts een deel van het verhaal.

Owttrim zei dat de accumulatie van atmosferische zuurstof uit cyanobacteriën de evolutie van op zuurstof gebaseerde ademhaling en meercellige organismen vergemakkelijkte, wat een mysterie blijft, is waarom het zo lang duurde voordat vrije zuurstof zich permanent in de atmosfeer ophoopte na de eerste evolutie van cyanobacteriën.

Terwijl ijzer-silicadeeltjes vroege cyanobacteriën in staat zouden hebben gesteld te overleven, UV-straling zou hun wijdverbreide groei nog steeds hebben voorkomen.

"Het is waarschijnlijk dat vroege cyanobacteriën niet zo productief zouden zijn geweest als ze nu zijn vanwege de effecten van UV-stress. Totdat de accumulatie van voldoende van cyanobacteriën afgeleide zuurstof een meer permanente manier van bescherming mogelijk maakte, zoals een ozonlaag, UV-stress heeft mogelijk een nog belangrijkere rol gespeeld bij het vormgeven van de structuur van de vroegste ecosystemen, " legde Mloszewska uit.

De nieuwe bevindingen helpen onderzoekers te begrijpen hoe vroege cyanobacteriën werden beïnvloed door het hoge stralingsniveau op de vroege aarde en de omgevingsdynamiek die de oxygenatiegeschiedenis van onze atmosfeer beïnvloedde.

"Deze bevindingen kunnen ook worden gebruikt als een casestudy om ons te helpen het potentieel te begrijpen voor het ontstaan ​​van leven op andere planeten die worden beïnvloed door verhoogde UV-stralingsniveaus, bijvoorbeeld aardachtige rotsachtige planeten in de bewoonbare zones van nabijgelegen M-dwergstersystemen zoals TRAPPIST-1, Proxima Centauri, o.a. LHS 1140 en Ross 128, ' zei Mloszewska.

Het onderzoek werd uitgevoerd in samenwerking met collega's van de Universiteit van Tübingen en Yale University en werd ondersteund door de National Science and Research Council van Canada, en door het NASA Alternative Earths Astrobiology Institute.

De krant, "UV-straling beperkt de expansie van cyanobacteriën in vroege mariene fotografische omgevingen" is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .