Wetenschappers van de Universiteit van Newcastle hebben een zuurstofbron ontdekt die de evolutie van het leven vóór de komst van fotosynthese mogelijk heeft beïnvloed.

Het baanbrekende onderzoeksproject, geleid door de Newcastle University's School of Natural and Environmental Sciences en vandaag gepubliceerd in Nature Communications, ontdekte een mechanisme dat waterstofperoxide kan genereren uit rotsen tijdens de beweging van geologische breuken.

Hoewel waterstofperoxide in hoge concentraties schadelijk kan zijn voor het leven, kan het ook een nuttige zuurstofbron zijn voor microben. Deze extra zuurstofbron heeft mogelijk invloed gehad op de vroege evolutie, en mogelijk zelfs de oorsprong, van het leven in warme omgevingen op de vroege aarde voorafgaand aan de evolutie van fotosynthese.

In tektonisch actieve regio's veroorzaakt de beweging van de aardkorst niet alleen aardbevingen, maar doorzeeft de ondergrond met scheuren en breuken die zijn bekleed met zeer reactieve rotsoppervlakken die veel onvolkomenheden of defecten bevatten. Water kan dan naar beneden filteren en reageren met deze defecten op het pas gebroken gesteente.

In het laboratorium simuleerde masterstudent Jordan Stone deze omstandigheden door graniet, basalt en peridotiet te verpletteren - gesteenten die aanwezig zouden zijn geweest in de vroege aardkorst. Deze werden vervolgens toegevoegd aan water onder goed gecontroleerde zuurstofvrije omstandigheden bij wisselende temperaturen.

De experimenten toonden aan dat aanzienlijke hoeveelheden waterstofperoxide - en als gevolg daarvan mogelijk zuurstof - alleen werden gegenereerd bij temperaturen dicht bij het kookpunt van water. Belangrijk is dat de temperatuur van de vorming van waterstofperoxide het groeibereik overlapt van enkele van de meest warmteminnende microben op aarde, hyperthermofielen genaamd, inclusief evolutionaire oude zuurstofverbruikende microben nabij de wortel van de universele levensboom.

Hoofdauteur Jordan Stone, die dit onderzoek uitvoerde als onderdeel van zijn MRes in Environmental Geoscience, zei:"Terwijl eerder onderzoek heeft gesuggereerd dat kleine hoeveelheden waterstofperoxide en andere oxidanten kunnen worden gevormd door stenen te belasten of te pletten in afwezigheid van zuurstof, dit is de eerste studie die het vitale belang van hoge temperaturen aantoont bij het maximaliseren van de vorming van waterstofperoxide."

Hoofdonderzoeker Dr. Jon Telling, hoofddocent, voegde toe:"Dit onderzoek toont aan dat defecten aan steenslag en mineralen zich heel anders kunnen gedragen dan je zou verwachten dat meer 'perfecte' minerale oppervlakken reageren. Al deze mechanochemische reacties moeten waterstofperoxide genereren , en dus zuurstof, is water, steenslag en hoge temperaturen, die allemaal aanwezig waren op de vroege aarde vóór de evolutie van fotosynthese en die de chemie en microbiologie zouden kunnen hebben beïnvloed in hete, seismisch actieve gebieden waar het leven mogelijk voor het eerst is geëvolueerd. "

Het werk werd ondersteund door subsidies van de Natural Environmental Research Council (NERC) en de UK Space Agency. Een groot nieuw vervolgproject onder leiding van Dr. Jon Telling, gefinancierd door NERC, is aan de gang om de betekenis van dit mechanisme voor het ondersteunen van het leven in de ondergrond van de aarde te bepalen. + Verder verkennen

Verweringsrotsen bevatten aanwijzingen voor de grote oxidatiegebeurtenis van de aarde