Forskare kunde simulera några av nyckelförhållandena för sprickbildning av berg under ytan med hjälp av flaskor i labbet. Stenar representativa för oceanisk och kontinental skorpa krossades under kväve, sattes till syrefritt vatten och värmdes sedan upp. Kredit:Jon Telling / Jordan Stone / Newcastle University
Forskare vid Newcastle University har upptäckt en källa till syre som kan ha påverkat livets utveckling före fotosyntesens tillkomst.
Det banbrytande forskningsprojektet, som leds av Newcastle Universitys School of Natural and Environmental Sciences och publicerades idag i Nature Communications, upptäckt en mekanism som kan generera väteperoxid från stenar under förflyttning av geologiska förkastningar.
Även om väteperoxid i höga koncentrationer kan vara skadligt för liv, kan det också ge en användbar källa till syre till mikrober. Denna ytterligare källa till syre kan ha påverkat den tidiga utvecklingen, och möjligen till och med ursprunget, av liv i heta miljöer på den tidiga jorden före utvecklingen av fotosyntesen.
I tektoniskt aktiva regioner genererar rörelsen av jordskorpan inte bara jordbävningar utan fyller underytan med sprickor och sprickor kantade av mycket reaktiva stenytor som innehåller många brister eller defekter. Vatten kan sedan filtrera ner och reagera med dessa defekter på det nyligen spruckna berget.
I laboratoriet simulerade masterstudenten Jordan Stone dessa förhållanden genom att krossa granit, basalt och peridotit – bergarter som skulle ha funnits i den tidiga jordskorpan. Dessa sattes sedan till vatten under väl kontrollerade syrefria förhållanden vid varierande temperaturer.
Forskningen undersöker en källa till reaktivt syre i samband med geologiska förkastningar; en potentiell syrekälla innan cyanobakterier syresätter jordens atmosfär. Detta reaktiva syre kan ha haft en roll i livets utveckling från en syrefri till en syresatt värld och bidrog till prebiotisk kemi i underjordiska sprickor innan livets ursprung. Kredit:Jon Telling / Jordan Stone / Newcastle University
Experimenten visade att betydande mängder väteperoxid - och som ett resultat potentiellt syre - endast genererades vid temperaturer nära vattnets kokpunkt. Viktigt är att temperaturen för väteperoxidbildning överlappar tillväxtområdena för några av de mest värmeälskande mikroberna på jorden som kallas hypertermofiler, inklusive evolutionära antika syreanvändande mikrober nära roten av Livets Universella Träd.
Huvudförfattaren Jordan Stone, som utförde denna forskning som en del av sin MRes in Environmental Geoscience, sa:"Medan tidigare forskning har föreslagit att små mängder väteperoxid och andra oxidanter kan bildas genom stress eller krossning av stenar i frånvaro av syre, detta är den första studien som visar den avgörande betydelsen av varma temperaturer för att maximera väteperoxidgenereringen."
Chefsutredare Dr. Jon Telling, universitetslektor, tillade:"Denna forskning visar att defekter på krossat berg och mineraler kan bete sig mycket annorlunda än hur du förväntar dig att mer "perfekta" mineralytor ska reagera. Alla dessa mekanokemiska reaktioner behöver generera väteperoxid , och därför syre, är vatten, krossade stenar och höga temperaturer, som alla fanns på den tidiga jorden före utvecklingen av fotosyntesen och som kunde ha påverkat kemin och mikrobiologin i heta, seismiskt aktiva områden där livet först kan ha utvecklats. "
Huvudförfattaren Jordan Stone, som utförde denna forskning som en del av sin MRes in Environmental Geoscience vid Newcastle University, Storbritannien, sätter upp ett av experimenten. Kredit:Jon Telling / Jordan Stone / Newcastle University
Arbetet stöddes genom anslag från Natural Environmental Research Council (NERC) och UK Space Agency. Ett stort nytt uppföljningsprojekt ledd av Dr Jon Telling, finansierat av NERC, pågår för att fastställa betydelsen av denna mekanism för att stödja liv i jordens underyta. + Utforska vidare
