När nådde jorden tillräckliga syrenivåer för att stödja djurlivet? Forskare från McGill University har upptäckt att en ökning av syrenivåerna skedde i takt med utvecklingen och expansionen av komplexa, eukaryota ekosystem. Deras resultat representerar det starkaste beviset hittills på att extremt låga syrenivåer utövade en viktig begränsning av evolutionen i miljarder år.

"Fram till nu fanns det en kritisk lucka i vår förståelse av miljöfaktorer i den tidiga evolutionen. Den tidiga jorden präglades av låga nivåer av syre, tills ytsyrenivåerna steg för att vara tillräckliga för djurliv. Men prognoserna för när denna ökning inträffade varierade med över en miljard år – möjligen till och med långt innan djur hade utvecklats”, säger Maxwell Lechte, en postdoktor vid Institutionen för jord- och planetvetenskap under ledning av Galen Halverson vid McGill University.

Järnstenar ger insikter i det tidiga livet

För att hitta svar undersökte forskarna järnrika sedimentära bergarter från hela världen avsatta i gamla kustmiljöer. Genom att analysera järnets kemi i dessa bergarter kunde forskarna uppskatta mängden syre som fanns när stenarna bildades, och vilken inverkan det skulle ha haft på tidiga liv som eukaryota mikroorganismer – föregångarna till moderna djur.

"Dessa järnstenar ger insikter om syrenivåerna i grunda marina miljöer, där livet höll på att utvecklas. Det gamla järnstensrekordet indikerar cirka mindre än 1% av moderna syrenivåer, vilket skulle ha haft en enorm inverkan på den ekologiska komplexiteten", säger Changle Wang, en forskare vid den kinesiska vetenskapsakademin som ledde studien tillsammans med Lechte.

"Dessa låga syreförhållanden kvarstod tills för cirka 800 miljoner år sedan, precis när vi först börjar se bevis på uppkomsten av komplexa ekosystem i berget. Så om komplexa eukaryoter fanns innan dess, skulle deras livsmiljöer ha begränsats av låg syrehalt. ," säger Lechte.

Jorden är fortfarande den enda platsen i universum som är känt för att hysa liv. Idag är jordens atmosfär och hav rika på syre, men detta var inte alltid fallet. Syresättningen av jordens hav och atmosfär var resultatet av fotosyntes, en process som används av växter och andra organismer för att omvandla ljus till energi – frigöra syre i atmosfären och skapa de nödvändiga förutsättningarna för andning och djurliv.

Söker efter tecken på liv bortom vårt solsystem

Enligt forskarna tyder de nya rönen på att jordens atmosfär kunde upprätthålla låga nivåer av atmosfäriskt syre i miljarder år. Detta har viktiga konsekvenser för utforskning av tecken på liv bortom vårt solsystem, eftersom att söka efter spår av atmosfäriskt syre är ett sätt att leta efter bevis på tidigare eller nuvarande liv på en annan planet – eller vad forskare kallar en biosignatur.

Forskare använder jordens historia för att mäta syrenivåerna under vilka jordiska planeter kan stabiliseras. Om jordplaneter kan stabilisera sig vid låga atmosfäriska syrenivåer, som antyds av fynden, kommer den bästa chansen för syredetektering att söka efter dess fotokemiska biprodukt ozon, säger forskarna.

"Ozon absorberar starkt ultraviolett ljus, vilket gör ozondetektering möjlig även vid låga syrehalter i atmosfären. Detta arbete betonar att ultraviolettdetektion i rymdbaserade teleskop avsevärt kommer att öka våra chanser att hitta sannolika tecken på liv på planeter utanför vårt solsystem", säger Noah. Planavsky, en biogeokemist vid Yale University.

Fler geokemiska studier av bergarter från denna tidsperiod kommer att göra det möjligt för forskare att måla en tydligare bild av utvecklingen av syrenivåer under denna tid, och bättre förstå återkopplingarna på den globala syrecykeln, säger forskarna.