Ledtrådar från kanadensiska stenar som bildades för miljarder år sedan avslöjar en tidigare okänd förlust av liv som är ännu större än den för massutrotningen av dinosaurierna för 65 miljoner år sedan, när jorden förlorade nästan tre fjärdedelar av sina växt- och djurarter.

Istället för att ströva på djur, denna avdöd involverade mycket små mikroorganismer som formade jordens atmosfär och i slutändan banade väg för de större djuren att frodas.

"Detta visar att även när biologin på jorden helt består av mikrober, du kan fortfarande ha vad som kan betraktas som en enorm dödshändelse som annars inte finns registrerad i fossilregistret, sa Malcolm Hodgskiss, medförfattare till en ny studie publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Osynliga ledtrådar

Eftersom denna tidsperiod föregick ett komplext liv, Forskare kan inte bara gräva upp fossiler för att ta reda på vad som levde för 2 miljarder år sedan. Även ledtrådar som lämnas kvar i lera och stenar kan vara svåra att avslöja och analysera.

Istället, gruppen övergick till baryt, ett mineral som samlats in från Belcher Islands i Hudson Bay, Kanada, som kapslar in ett register över syre i atmosfären. Dessa prover avslöjade att jorden upplevde enorma förändringar i sin biosfär - den del av planeten som ockuperas av levande organismer - som slutade med en enorm minskning av livet för cirka 2,05 miljarder år sedan som också kan vara kopplat till sjunkande syrenivåer.

"Det faktum att denna geokemiska signatur bevarades var mycket överraskande, ", sa Hodgskiss. "Det som var särskilt ovanligt med dessa bariter är att de uppenbarligen hade en komplex historia."

Att titta på jordens produktivitet genom antikens historia ger en inblick i hur livet sannolikt kommer att bete sig under hela dess existens – förutom att det informerar om observationer av atmosfärer på planeter utanför vårt solsystem.

"Biosfärens storlek genom geologisk tid har alltid varit en av våra största frågor när vi studerar jordens historia, sa Erik Sperling, en biträdande professor i geologiska vetenskaper vid Stanford som inte var involverad i studien. "Denna nya proxy visar hur sammanlänkade biosfären och nivåerna av syre och koldioxid i atmosfären är."

Biologisk vinkel

Detta förhållande mellan spridningen av liv och atmosfäriskt syre har gett forskare nya bevis på den hypotes som "syreöverskridandet". Enligt denna teori, fotosyntes från forntida mikroorganismer och vittring av stenar skapade en enorm mängd syre i atmosfären som senare avtog när syreavgivande organismer tömde sin näringstillförsel i havet och blev mindre riklig. Denna situation står i kontrast till den stabila atmosfär vi känner på jorden idag, där syret som skapas och förbrukas balanserar ut. Forskarnas mätningar av syre, svavel- och bariumisotoper i barit stöder denna syreöverskridande hypotes.

Forskningen hjälper forskare att finslipa sina uppskattningar av storleken på syreöverskridandet genom att avslöja de betydande biologiska konsekvenserna av syrenivåer över eller under planetens kapacitet.

"Några av dessa syreuppskattningar kräver sannolikt för många mikroorganismer som lever i havet i jordens förflutna, "sa medledande författaren Peter Crockford, en postdoktor vid Weizmann Institute of Science och Princeton University. "Så vi kan nu börja begränsa oss till vad atmosfärens sammansättning kunde ha varit genom denna biologiska vinkel."

Medförfattare inkluderar forskare från Nanjing University, University of Colorado Boulder och Woods Hole Oceanographic Institution.