Forskning från University of Minnesota Duluth (UMD) doktorand Mojtaba Fakhraee och docent Sergei Katsev har drivit en viktig milstolpe i utvecklingen av jordens miljö tillbaka med cirka 250 miljoner år. Medan syre tros ha samlats först i jordens atmosfär för cirka 2,45 miljarder år sedan, ny forskning visar att haven innehöll rikligt med syre långt före den tiden, ger energirik livsmiljö för tidigt liv. Resultaten av de två UMD-forskarna och deras medförfattare Sean Crowe från University of British Columbia har publicerats i den peer-reviewade tidskriften Vetenskapens framsteg .

"När små bakterier i havet började producera syre, det var en stor vändpunkt och förändrade jordens kemi, " förklarade Katsev. "Vårt arbete pekar ut när havet började ackumulera syre vid nivåer som väsentligt skulle förändra havets kemi och det är cirka 250 miljoner år tidigare än vad vi visste för atmosfären. Det är ungefär hur lång tid det tar från dinosauriernas första uppträdande till idag."

Resultaten är viktiga, enligt författarna, eftersom de fördjupar vår förståelse av förhållanden på jorden när allt liv bestod av encelliga mikrober och deras ämnesomsättning som vi vet idag bara höll på att växa fram.

"Detta hjälper oss att teoretisera inte bara om tidiga liv på jorden utan också om signaturerna av liv som vi kan hitta på andra planeter, sa Fakhraee.

Studiens slutsatser är resultatet av att skapa en detaljerad datormodell av kemiska reaktioner som ägde rum i havets sediment. Forskare fokuserade på svavlets kretslopp och simulerade mönstren där tre olika isotoper av svavel kunde kombineras i gamla sedimentära bergarter. Genom att jämföra modellresultaten med en stor mängd data från gamla stenar och havsvatten, de kunde avgöra hur svavel- och syrenivåer var kopplade och begränsade koncentrationerna av syre och sulfat i forntida havsvatten.

"Vi försöker rekonstruera hur tidigt liv och tidiga miljöer fungerar, ", sa Katsev. "Ingen tittade riktigt på hur de isotopiska signalerna som genererades i atmosfären och havet omvandlades i sedimentet. Men allt vi kan observera nu är det som har bevarats som stenar, och de isotopiska mönstren kunde ha modifierats under processen."

Mycket av denna forskning bygger på det tidigare arbetet med gruppmedlemmarna, och modelleringsresultaten hjälper till att sammanställa några av observationerna som verkade motsägelsefulla. "Vi har löst några pussel i den historiska tidslinjen och motsägelser som fanns i svavelisotopregistren, sa Fakhraee.