För cirka 2,4 miljarder år sedan, i slutet av Archean Eon, en planetövergripande ökning av syrenivåer som kallas Great Oxidation Event (GOE) skapade den välbekanta atmosfären som vi alla andas idag. Forskare fokuserade på livets ursprung är överens om att denna övergångshändelse orsakades av den globala spridningen av fotosyntetiska mikrober som kan dela vatten för att bilda molekylärt syre (O ₂ ). Dock, enligt Tanja Bosak, docent vid MIT:s Department of Earth, Atmosfärisk, och planetvetenskap (EAPS), forskare vet inte hur länge innan GOE dessa organismer utvecklades.

Bosaks nya forskning, publicerad idag i Natur , föreslår att det nu kan vara ännu svårare att fastställa uppkomsten av syreproducerande mikrober i den geologiska posten.

En signal i klipporna

De första mikroberna som gjorde syre lämnade inte en dagbok bakom, så forskare måste söka efter subtila ledtrådar av deras framväxt som kunde ha överlevt de få miljarder åren. Komplicerar saker ytterligare, medan bevis på GOE finns över hela jorden, dessa tidiga kolonier av syreproducerande organismer skulle sannolikt först ha funnits i små dammar eller vattendrag. Varje register över dem skulle vara geografiskt isolerat.

Vissa forskare anser att lokaliserade bevis på mineralet manganoxid i gamla sediment är en indikator (eller proxy) för förekomsten av syreproducerande organismer. Detta beror på att manganoxidation endast ansågs vara möjligt i närvaro av betydande mängder O ₂ , mer än normalt fanns i atmosfären före GOE. Således, att hitta bevis på manganoxid i sediment som föregick GOE skulle tyda på att syreproducerande organismer hade utvecklats vid den tiden och var aktiva i området.

Men det visar sig att det finns mer än ett sätt att oxidera mangan.

Anaeroba mikrober förändrar spelet

Som beskrivs i den nya tidningen, Bosak och hennes tidigare postdoc, Mirna Daye, upptäckte att kolonier av moderna mikrober kan utföra denna process i anaeroba miljöer typiska för den sena arkeiska Eon. Till skillnad från organismerna som orsakade GOE, Daye och Bosaks mikrober använder sulfid, istället för vatten, att utföra fotosyntes, så de skapar inte molekylärt syre som en biprodukt. De flesta forskare tror att denna typ av anaerob fotosyntes uppstod som ett föregångarsystem till den mer välbekanta syresyra fotosyntesen som inledde GOE, och Daye och Bosaks mikrober innehåller genetiska maskiner som liknar det man tror har funnits före utvecklingen av bakterier som kan producera syre.

Bosak-gruppens demonstration av manganoxidation i en anaerob miljö innebär att bevis på gammal manganoxid kanske inte är en tillförlitlig proxy för den lokala utvecklingen av syreproducerande liv. Det kan bara vara en signal för närvaron av andra organismer som man redan trodde var utbredd vid den tiden.

Bosaks medförfattare inkluderar docent i geobiologi Gregory Fournier, tillsammans med tidigare postdoktorer Mirna Daye och Mihkel Pajusalu från MIT:s EAPS -avdelning; Vanja Klepac-Ceraj, Sophie Rowland, och Anna Farrell-Sherman från Wellesley College; Nicolas Beukes från University of Johannesburg; och Nobumichi Tamura från Berkley National Laboratory.

Ifrågasätter forntida mangan

"Upptäck nya mekanismer genom vilka manganoxid kan skapas i de arkaiska miljöerna, före syrgasuppgången, är oerhört intressant eftersom många av de ombud som vi har [använt] för närvaron av syre [och därför, mikrober som kan producera det] i miljön under den första halvan av jordens historia är ... faktiskt fullmakter för närvaron av manganoxid, säger Ariel Anbar, professor vid Arizona State University School of Earth and Space Exploration, som inte var inblandad i forskningen. "Det tvingar oss att tänka djupare på de ombud som vi använder och om de verkligen är vägledande för O ₂ eller inte."

Studiet av den gamla jorden har alltid varit utmanande, eftersom bevis återvinns av geologiska processer och förloras på annat sätt av tidens slitage. Forskare har bara fragmenterad och härledd data som de kan använda för att utveckla teorier.

"Det vi hittar är inte nödvändigtvis att säga att dessa människor som tolkar dessa syrefläckar innan GOE har fel. Det ger mig bara en enorm paus, säger Bosak, "Det faktum att vi slängde in några mikrober och hittade dessa processer som bara aldrig övervägdes säger oss att vi verkligen inte förstår mycket om hur livet och miljön samutvecklades."

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.