Förekomsten av beboeliga främmande världar har varit en stöttepelare i populärkulturen i mer än ett sekel. På 1800-talet, astronomer trodde att marsbor kanske använder kanalbaserade transportförbindelser för att korsa den röda planeten. Nu, trots att de lever i en tid då forskare kan studera planeter ljusår från vårt eget solsystem, mest ny forskning fortsätter att minska chanserna att hitta andra världar som människor kan leva på. Den största stötestenen kan vara syre - mänskliga bosättare skulle behöva en hög syreatmosfär för att andas.

Så hur var vi så lyckliga att utvecklas på en planet med mycket syre? Historien om jordens hav och atmosfär tyder på att uppgången till dagens nivåer av O₂ var ganska svår. Den nuvarande konsensusen är att jorden genomgick en trestegs ökning av atmosfäriska och oceaniska syrenivåer, den första kallas "den stora oxidationshändelsen" för cirka 2,4 miljarder år sedan. Efter det kom "Neoproterozoic Oxygenation Event" för cirka 800 miljoner år sedan, och sedan slutligen "Paleozoic Oxygenation Event" för cirka 400 miljoner år sedan, när syrehalten på jorden nådde sin moderna topp på 21 %.

Vad som hände under dessa tre perioder för att öka syrenivåerna är en fråga för debatt. En idé är att nya organismer "biokonstruerade" planeten, omstrukturering av atmosfären och haven genom antingen deras ämnesomsättning eller deras livsstil. Till exempel, uppkomsten av landväxter för ungefär 400 miljoner år sedan kunde ha ökat syre i atmosfären genom landbaserad fotosyntes, tar över från fotosyntetiska bakterier i havet som har varit de viktigaste syreproducenterna under större delen av jordens historia. Alternativt plattektoniska förändringar eller gigantiska vulkanutbrott har också kopplats till jordens syresättningshändelser.

Den här händelsebaserade historien om hur syre kom att finnas så rikligt på jorden antyder att vi har mycket tur att leva i en värld med hög syrehalt. Om ett vulkanutbrott inte hade hänt, eller en viss typ av organism inte hade utvecklats, då kan syre ha stannat vid låga nivåer. Men vår senaste forskning tyder på att så inte är fallet. Vi skapade en datormodell av jordens kol, syre- och fosforcykler och fann att syreövergångarna kan förklaras av vår planets inneboende dynamik och sannolikt inte krävde några mirakulösa händelser.

Fosfor – den felande länken

En sak som vi tycker saknas i teorier om jordens syresättning är fosfor. Detta näringsämne är mycket viktigt för fotosyntetiska bakterier och alger i havet. Hur mycket marin fosfor det finns kommer i slutändan att styra hur mycket syre som produceras på jorden. Detta är fortfarande sant idag - och har varit så sedan utvecklingen av fotosyntetiska mikrober för cirka tre miljarder år sedan.

Fotosyntesen i havet beror på fosfor, men höga fosfatnivåer driver också syreförbrukningen i djuphavet genom en process som kallas övergödning. När fotosyntetiska mikrober dör, de sönderfaller, som förbrukar syre från vattnet. När syrenivåerna sjunker, sediment tenderar att frigöra ännu mer fosfor. Denna återkopplingsslinga tar snabbt bort syre. Detta innebar att syrehalterna i haven kunde förändras snabbt, men de buffrades över långa tidsskalor av en annan process som involverade jordens mantel.

Under hela jordens historia, vulkanisk aktivitet har frigjort gaser som reagerar med och tar bort syre från atmosfären. Dessa gasflöden har avtagit med tiden på grund av jordens mantelkylning, och vår datormodell tyder på att denna långsamma minskning tillsammans med den initiala utvecklingen av fotosyntetiskt liv var allt som var nödvändigt för att producera en serie stegvisa ökningar av syrenivåerna.

Dessa stegvisa ökningar har en tydlig likhet med den trestegsökning av syre som har skett genom jordens historia. Modellen stöder också vår nuvarande förståelse av syresättning av havet, som verkar ha involverat många cykler av syresättning och syreborttagning innan haven blev motståndskraftigt syresatta som de är idag.

Det som är riktigt spännande med allt detta är att syresättningsmönstret kan skapas utan behov av svåra och komplexa evolutionära språng framåt, eller omständliga katastrofala vulkaniska eller tektoniska händelser. Så det verkar som om jordens syresättning kan ha varit ofrånkomlig när fotosyntesen väl hade utvecklats - och chanserna för världar med hög syrehalt som existerar någon annanstans kan vara mycket högre.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.