Ett team av internationella forskare - inklusive forskare vid University of St. Andrews, Syracuse University och Royal Holloway, University of London - har visat en ny matkälla för tidigt liv på planeten.

Livet på jorden är beroende av tillgängligheten av kritiska element som kväve och fosfor. Dessa näringsämnen är allestädes närvarande för allt liv, eftersom de krävs för bildandet av DNA, livets ritningar, och proteiner, maskineriet. De kommer ursprungligen från stenar och atmosfären, så deras tillgänglighet till livet har fluktuerat tillsammans med betydande förändringar i kemin i jordens ytmiljöer över geologisk tid.

Forskningen, publicerad i Naturgeovetenskap , avslöjar hur tillgången på dessa element direkt påverkade tillväxten av jordens syrerika atmosfär och var nyckeln till utvecklingen av det tidiga livet på jorden.

Den mest dramatiska förändringen i jordens historia följde utvecklingen av syresyra fotosyntes, som i grunden omvandlade planeten genom att tillhandahålla en källa till kol till biosfären och en syrekälla till atmosfären, den senare kulminerade i Great Oxidation Event (GOE) för cirka 2,3 miljarder år sedan.

Trots näringens kritiska betydelse för livet, tillgången på kväve och fosfor i oceanerna före GOE är inte väl förstådd, särskilt hur tillförseln av dessa element drev och/eller reagerade på planetär syresättning.

Genom att använda prover av exceptionellt välbevarade stenar som har associerats med tidiga bevis för syresynt fotosyntes för 2,7 miljarder år sedan, forskargruppen undersökte jordens tidiga kvävecykel för att dechiffrera återkopplingar i samband med de inledande stadierna av planetär syresättning.

"Det finns dyrbart litet berg från detta tidsintervall som är lämpligt för den typ av analyser vi utförde. De flesta bergarter som är så gamla har deformerats och värmts under 2,7 miljarder år av platttektonisk aktivitet, gör de ursprungliga signalerna om liv förlorade, "säger Christopher Junium, docent i geovetenskap vid College of Arts and Sciences.

Bergproven visade det första direkta beviset för uppbyggnaden av en stor pool av ammonium i oceanerna före GOE. Detta ammonium skulle ha tillhandahållit en riklig kvävekälla för att ge näring åt den tidiga biosfären och tillhörande syreproduktion.

Forskargruppsledare Aubrey Zerkle, läsare vid School of Earth and Environmental Sciences vid University of St Andrews, säger:"Idag tänker vi på ammonium som den obehagliga lukten i våra rengöringsmedel, men det skulle ha fungerat som en allt-du-kan-äta-buffé för de första syregenererande organismerna, en betydande förbättring av soptipparna som de åberopade tidigare i jordens historia. "

Förutom att hjälpa forskare att bättre förstå kvävecykelns roll i global syresättning, de nya fynden ger också sammanhang för andra näringsåterkopplingar under tidig planetarisk utveckling.

"Det blir allt tydligare att spelet om näringsbegränsning har tippat fram och tillbaka genom jordens historia när livet har utvecklats och när förhållandena har förändrats, "Säger Junium.

Förvånande, bevis för betydande atmosfärisk syresättning visas inte förrän 400 miljoner år senare, vilket betyder att något annat näringsämne, som fosfor, måste ha varit viktigt för att fastställa den evolutionära takten.