Een team van internationale wetenschappers, waaronder onderzoekers van de Universiteit van St. Andrews, Universiteit van Syracuse en Royal Holloway, University of London - hebben een nieuwe voedselbron voor het vroege leven op aarde aangetoond.

Het leven op aarde is afhankelijk van de beschikbaarheid van kritische elementen zoals stikstof en fosfor. Deze voedingselementen zijn alomtegenwoordig in al het leven, omdat ze nodig zijn voor de vorming van DNA, de blauwdrukken van het leven, en eiwitten, de machinerie. Ze zijn oorspronkelijk afkomstig van rotsen en de atmosfeer, dus hun beschikbaarheid voor leven schommelde samen met significante veranderingen in de chemie van het aardoppervlak in de loop van de geologische tijd.

Het onderzoek, gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen , onthult hoe de toevoer van deze elementen rechtstreeks van invloed was op de groei van de zuurstofrijke atmosfeer van de aarde en de sleutel was tot de evolutie van het vroege leven op aarde.

De meest dramatische verandering in de geschiedenis van de aarde volgde op de evolutie van zuurstof fotosynthese, die de planeet fundamenteel heeft getransformeerd door een bron van koolstof te leveren aan de biosfeer en een bron van zuurstof aan de atmosfeer, de laatste culmineerde in de Great Oxidation Event (GOE) zo'n 2,3 miljard jaar geleden.

Ondanks het cruciale belang van voedingsstoffen voor het leven, de beschikbaarheid van stikstof en fosfor in pre-GOE oceanen is niet goed begrepen, in het bijzonder hoe de toevoer van deze elementen de planetaire oxygenatie aandreef en/of erop reageerde.

Met behulp van monsters van uitzonderlijk goed bewaard gebleven gesteenten die 2,7 miljard jaar geleden in verband werden gebracht met vroeg bewijs voor zuurstofische fotosynthese, het team van onderzoekers onderzocht de vroege stikstofcyclus van de aarde om feedback te ontcijferen die verband houdt met de beginfasen van planetaire oxygenatie.

"Er is kostbaar weinig gesteente beschikbaar uit dit tijdsinterval dat geschikt is voor het soort analyses dat we hebben uitgevoerd. De meeste gesteenten die zo oud zijn, zijn vervormd en verwarmd gedurende 2,7 miljard jaar plaattektonische activiteit, waardoor de oorspronkelijke signalen van het leven verloren gaan, " zegt Christopher Junium, universitair hoofddocent Aardwetenschappen aan de Hogeschool voor de Kunsten en Wetenschappen.

De rotsmonsters toonden het eerste directe bewijs van de opbouw van een grote plas ammonium in de pre-GOE oceanen. Dit ammonium zou een ruime stikstofbron hebben opgeleverd om de vroege biosfeer en de bijbehorende zuurstofproductie van brandstof te voorzien.

Onderzoeksteamleider Aubrey Zerkle, lezer in de School of Earth and Environmental Sciences aan de Universiteit van St. Andrews, zegt:"Vandaag de dag zien we ammonium als de onaangename geur in onze schoonmaakmiddelen, maar het zou hebben gediend als een onbeperkt buffet voor de eerste zuurstofgenererende organismen, een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de afvalcontainers waar ze eerder in de geschiedenis van de aarde op vertrouwden."

Naast het helpen van wetenschappers om de rol van de stikstofcyclus in de wereldwijde zuurstofvoorziening beter te begrijpen, de nieuwe bevindingen bieden ook context voor andere feedback van voedingsstoffen tijdens de vroege planetaire evolutie.

"Het wordt steeds duidelijker dat het spel van nutriëntenbeperking heen en weer is gegaan door de geschiedenis van de aarde naarmate het leven is geëvolueerd en de omstandigheden zijn veranderd, ' zegt Junum.

Verrassend genoeg, bewijs voor significante atmosferische oxygenatie verschijnt pas 400 miljoen jaar later, wat betekent dat een andere voedingsstof, zoals fosfor, moet belangrijk zijn geweest bij het bepalen van het evolutionaire tempo.