Syresättningen av jordens atmosfär var tack vare till viss del, till järn- och kiseldioxidpartiklar i forntida havsvatten, enligt en ny studie av geomikrobiologer vid University of Alberta. Men dessa resultat löser bara en del av detta gamla mysterium.

Tidiga organismer som kallas cyanobakterier producerade syre genom syrehaltig fotosyntes, vilket resulterar i syresättning av jordens atmosfär. Men cyanobakterier behövde skydd mot solens UV-strålning för att kunna utvecklas. Det är där järn- och kiseldioxidpartiklar i forntida havsvatten kommer in, enligt Aleksandra Mloszewska, en före detta Ph.D. student som genomförde forskningen under ledning av professorerna Kurt Konhauser och George Owttrim.

Forskargruppen karakteriserade effekten av UV-stress på cyanobakterier och graden av strålning genom havsvattenmediet genom en kombination av mikrobiologiska, spektroskopisk, geokemiska och modelleringstekniker. De fann att närvaron av höga kiseldioxid- och järnkoncentrationer i tidigt havsvatten möjliggjorde bildandet av järn-kiseldioxidpartiklar som förblev suspenderade i havet under långa tidsperioder.

"I själva verket, Järn-kiseldioxidpartiklarna fungerade som ett gammalt solskyddsmedel för cyanobakterierna, skydda dem från de dödliga effekterna av direkt UV-exponering, " förklarade Konhauser. "Detta var kritiskt på den tidiga jorden innan ett tillräckligt tjockt ozonskikt etablerades som kunde göra det möjligt för marint plankton att spridas över hela världen, som fallet är idag."

Men det är bara en del av historien.

Owttrim sa att ackumuleringen av atmosfäriskt syre från cyanobakterier underlättade utvecklingen av syrebaserad andning och flercelliga organismer, Det som förblir ett mysterium är varför det tog så lång tid för fritt syre att ackumuleras permanent i atmosfären efter den första utvecklingen av cyanobakterier.

Medan järn-kiseldioxidpartiklar skulle ha tillåtit tidiga cyanobakterier att överleva, UV-strålning skulle fortfarande ha förhindrat deras utbredda tillväxt.

"Det är troligt att tidiga cyanobakterier inte skulle ha varit lika produktiva som de är idag på grund av effekterna av UV-stress. Tills ackumuleringen av tillräckligt med cyanobakterier som härrört från cyanobakterier gjorde att ett mer permanent skyddsmedel kunde utvecklas, som ett ozonskikt, UV-stress kan ha spelat en ännu viktigare roll för att forma strukturen hos de tidigaste ekosystemen, " förklarade Mloszewska.

De nya rönen hjälper forskare att förstå hur tidiga cyanobakterier påverkades av den höga strålningsnivån på den tidiga jorden såväl som den miljödynamik som påverkade vår atmosfärs syresättningshistoria.

"Dessa fynd kan också användas som en fallstudie för att hjälpa oss att förstå potentialen för uppkomsten av liv på andra planeter som påverkas av förhöjda UV-strålningsnivåer, till exempel jordstora stenplaneter inom de beboeliga zonerna i närliggande M-dvärgstjärnsystem som TRAPPIST-1, Proxima Centauri, LHS 1140 och Ross 128 bland annat, sa Mloszewska.

Forskningen genomfördes i samarbete med kollegor vid University of Tuebingen och Yale University och fick stöd av National Science and Research Council of Canada, och av NASA Alternative Earths Astrobiology Institute.

Pappret, "UV-strålning begränsade expansionen av cyanobakterier i tidiga marina fotografiska miljöer" publiceras i Naturkommunikation .