ครึ่งแรกของประวัติศาสตร์โลกไม่มีออกซิเจน แต่มันก็ยังห่างไกลจากชีวิต มีการถกเถียงกันอย่างต่อเนื่องว่าใครเป็นผู้เล่นหลักที่อยู่ในโลกก่อนออกซิเจน แต่นักวิจัยกำลังขุดเบาะแสในหินตะกอนที่เก่าแก่ที่สุดในโลก
นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เชื่อว่าปริมาณออกซิเจนในบรรยากาศนั้นไม่มีนัยสำคัญจนถึงประมาณ 2.4 พันล้านปีก่อนเมื่อเหตุการณ์ออกซิเดชันที่ยอดเยี่ยม(goe) เกิดขึ้น การเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลันในระดับออกซิเจนนั้นเกือบจะแน่นอนเนื่องจากไซยาโนแบคทีเรีย- จุลินทรีย์สังเคราะห์แสงที่หายใจออกออกซิเจน
เมื่อใดและอย่างไรออกซิเจน-exhalers ปรากฏขึ้นไม่แน่นอนเนื่องจากความจริงที่ว่า Goe เป็นทางแยกที่ซับซ้อนของการแช่แข็งทั่วโลก-ความวุ่นวายของแร่ธาตุและความเจริญรุ่งเรืองของสายพันธุ์ใหม่-
“ เราไม่รู้ว่าอะไรเป็นสาเหตุและสิ่งที่เกิดขึ้น” Dominic Papineau จากสถาบัน Carnegie แห่งวอชิงตันกล่าว "มีหลายสิ่งที่เกิดขึ้นในเวลาเดียวกันดังนั้นเรื่องราวยังไม่ชัดเจน"
เพื่อช่วยในการจัดเรียงโครงร่างทางธรณีวิทยา Papineau กำลังศึกษาอยู่การก่อตัวของเหล็กแถบ(BIF) หินตะกอนที่เกิดขึ้นที่ด้านล่างของทะเลโบราณ
งานวิจัยของ Papineau ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากนาซ่าโปรแกรมชีววิทยาและชีววิทยาวิวัฒนาการมุ่งเน้นไปที่แร่ธาตุเฉพาะใน BIF ที่อาจเชื่อมโยงกับชีวิต (และความตาย) ของจุลินทรีย์โบราณ
การขุด BIFS
แร่ธาตุเหล็กภายใน BIF เป็นแหล่งแร่เหล็กที่ใหญ่ที่สุดในโลก อย่างไรก็ตามหินเหล่านี้มีค่ามากกว่าการทำเหล็ก นักธรณีวิทยาขุดพวกเขาสำหรับบันทึกทางประวัติศาสตร์อันยาวนานของพวกเขาซึ่งมีระยะห่างจาก 3.8 พันล้านถึง 0.8 พันล้านปีก่อน
อย่างไรก็ตามต้นกำเนิดของ BIF ที่เก่าแก่ที่สุดคือความลึกลับเล็กน้อย ฉันทามติในปัจจุบันคือพวกเขาต้องการความช่วยเหลือจากสิ่งมีชีวิตในรูปแบบ แต่สิ่งใด สัตว์ทะเลเดียวที่เรียบง่ายเหล่านี้ไม่ได้ทิ้งกระดูกหรือเปลือกหอยให้เรา แต่ Papineau คิดว่าอาจมีซากดึกดำบรรพ์แร่หรือฟอสซิลทางธรณีวิทยาใน BIF
เขาและเพื่อนร่วมงานของเขาได้พบวัสดุคาร์บอนใน BIF ที่เกี่ยวข้องกับอะพาไทต์แร่ธาตุฟอสเฟตที่บางครั้งเชื่อมโยงกับชีววิทยา ความหมายคือผู้สร้าง BIF ถูกฝังอยู่ในงานฝีมือของพวกเขาเอง
ในการตรวจสอบสิ่งนี้ทีมงานของ Papineau จะศึกษา BIF Carbon และเปรียบเทียบกับสมาคมคาร์บอน-แร่ธาตุอื่น ๆ ที่รู้จักกันว่าเป็นแหล่งกำเนิดที่ไม่ใช่ชีวภาพรวมถึงแร่ธาตุที่พบในอุกกาบาตดาวอังคาร
“ งานนี้มีศักยภาพที่จะแสดงให้เห็นว่าชีวมวลจุลินทรีย์มีความสัมพันธ์และฝากเข้ากับแร่ธาตุเหล็ก” Andreas Kappler จากมหาวิทยาลัย Tuebingen ในประเทศเยอรมนีกล่าวซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัย
การปรากฏตัวในช่วงต้นของออกซิเจน-exhalers
เป็นไปได้ว่าผู้สร้าง BIF จุลินทรีย์เหล่านี้เป็นไซยาโนแบคทีเรียเนื่องจากออกซิเจนจากจุลินทรีย์เหล่านี้อาจทำให้เกิดการเกิดออกซิเดชันของเหล็กในมหาสมุทรก่อน Goe
แต่ถ้าไซยาโนแบคทีเรียปรากฏยาวก่อน Goeทำไมต้องใช้เวลาหลายร้อยล้านปีสำหรับการหายใจออกออกซิเจนของพวกเขาเพื่อสร้างขึ้นในชั้นบรรยากาศ?
Papineau และเพื่อนร่วมงานของเขาอาจพบส่วนหนึ่งของคำตอบในการมีปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนของชีววิทยาและธรณีวิทยา
ออกซิเจนต้นจากไซยาโนแบคทีเรียอาจถูกทำลายโดยความเหนือกว่าของมีเธน ก๊าซทั้งสองตอบสนองซึ่งกันและกันเพื่อผลิตคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ
“ ออกซิเจนไม่สามารถสะสมในสภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยมีเธนได้” Papineau กล่าว
เชื่อกันว่ามีเธนมาจากจุลินทรีย์ที่เรียกว่าเมทโนเจนนั่นเป็นผลมาจากการบริโภคคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจน
ในสถานการณ์นี้ Methanogens และ Cyanobacteria แบ่งปันมหาสมุทรโบราณ แต่ Methanogens มีมือบน - การปล่อยก๊าซมีเทนของพวกเขาเก็บออกซิเจนไว้ที่อ่าวและอุ่นดาวเคราะห์ผ่านเอฟเฟกต์เรือนกระจก แต่ในช่วงเวลาของ Goe สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ก็ลดลงและบรรยากาศที่มีก๊าซมีเทนที่ลดลงก็เริ่มเติมออกซิเจนจากไซยาโนแบคทีเรีย
ไม่มีนิกเกิลให้สำรอง
การเชื่อมต่อ Goe เข้ากับการลดลงของ methanogen เคยทำมาก่อน แต่มีหลักฐานเล็กน้อยที่จะสนับสนุนสมมติฐานนี้ อย่างไรก็ตามเมื่อเร็ว ๆ นี้ Papineau และผู้ทำงานร่วมกันของเขารายงานในวารสารธรรมชาติระดับของนิกเกิลใน BIF ลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อ 2.7 พันล้านปีก่อน
ความหมายก็คือความอุดมสมบูรณ์ของนิกเกิลของมหาสมุทรลดลง 50 % ก่อนที่จะไป สิ่งนี้มีความสำคัญเนื่องจาก methanogens พึ่งพานิกเกิล: มันเป็นส่วนประกอบสำคัญของเอนไซม์เมแทบอลิซึมที่เกี่ยวข้องกับการผลิตมีเธน เมื่อระดับนิกเกิลลดลง methanogens น่าจะหิวโหย
สถานการณ์ของนิกเกิล-ครอบครัวทำให้เกิดวิวัฒนาการก่อน Goe ของไซยาโนแบคทีเรียที่น่าเชื่อถือมากขึ้น แต่การยืนยันว่าสิ่งนี้จะใช้หลักฐานมากขึ้น
Kappler เชื่อว่าการศึกษาต้นกำเนิดของ BIF ที่เก่าแก่ที่สุดสามารถบอกเราได้เมื่อชีวิตพัฒนาความสามารถในการหายใจออกซิเจนและเปลี่ยนโลกตลอดไป
