Forscher des Massachusetts Institute of Technology MIT haben eine neue Theorie vorgeschlagen, um zu erklären, wie sich die Sauerstoffkonzentration in der Erdatmosphäre aufgebaut haben könnte, laut a Pressemitteilung.
Milliarden von Jahren bevor die ersten Menschen geboren wurden, fehlte der Erdatmosphäre der Sauerstoff, den wir zum Überleben brauchen. Einige mikrobielle Organismen nutzten die Photosynthese, um etwas Sauerstoff zu erzeugen, aber die produzierten Mengen reichten nicht aus, um viele Lebensformen zu erhalten. Etwa vor 2,3 Milliarden JahrenObwohl sich der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre zu erhöhen begann, sind die Gründe dafür noch unbekannt.
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Das große Sauerstoffereignis GOE
Zu Beginn der Erdgeschichte hielten Sauerstoffproduzenten und -verbraucher auf dem Planeten das Gleichgewicht auf eine Weise aufrecht, die wenig Sauerstoff in der Atmosphäre hinterließ. Es gab jedoch zwei Ereignisse in der Paläoproterozoikum und NeoproterozoikumZeitraum, in dem der Sauerstoffgehalt von niedrigen auf viel höhere Werte stieg, die die Erde heute hat.
Gregory Fournier, außerordentlicher Professor für Geobiologie am Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences EAPS am MIT, und seine Kollegen glauben, dass diese Sprünge im Sauerstoffgehalt nicht das Ergebnis einer allmählichen Veränderung waren. Stattdessen gab es einepositive Rückkopplungsschleife, die in den Ozeanen aktiviert wurde.
Laut Fournier und seinem Team war organischer Kohlenstoff, dessen Abbau unter normalen Umständen Sauerstoff verbraucht auch Oxidation genannt, in diesen Intervallen, die zu Sauerstoffansammlungen führten, wahrscheinlich für seine Verbraucher nicht verfügbar. Da Leben existierte in den Ozeanen, die Forscher untersuchten Meeresmikroben und Mineralien in Ozeansedimenten, um festzustellen, ob eine solche Situation eintreten könnte.
Sie stellten die Hypothese auf, dass, wenn Mikroben in diesen Umgebungen organisches Material teilweise oxidieren könnten, sich das teilweise oxidierte organische Material POOM so an die Mineralien binden würde, dass ihre weitere Oxidation verhindert würde. Der im Prozess ungenutzte Sauerstoff würde am Ende verbleibenin der Atmosphäre.
Der Mikroorganismus, dem wir danken müssen
Um ihre Hypothese zu überprüfen, durchsuchten die Forscher die wissenschaftliche Literatur nach Mikroorganismen, die POOM erzeugen könnten, und fanden eine Bakteriengruppe namens SAR202, die das Kunststück mithilfe eines Enzyms namens Baeyer-Villiger-Monooxygenase oder einfach BVMO vollbringen kann.
Bei der Rückverfolgung der genetischen Ursprünge dieses Enzyms stellten die Forscher fest, dass die Vorfahren der Bakterien tatsächlich vor dem GOE vorhanden waren. Interessanterweise wurde das Gen von mehreren Bakterienarten während des Paläoproterozoikums sowie des Neoproterozoikums erworben, Zeiten, in denen der Sauerstoffgehalt niedrig warbekannt dafür, zu spitzen.
Während diese Korrelationen die neue Theorie stützen, müssen die Forscher umfangreiche Arbeit leisten, um das Notwendige zu finden, um sie zu beweisen.
Das Geheimnis der GOE hat vielleicht gerade erst begonnen, sich zu enträtseln.
Details zur Theorie finden Sie im Journal Naturkommunikation.
Studienzusammenfassung:
Das Vergraben von organischem Kohlenstoff, der seine Remineralisierung durch sauerstoffverbrauchende Prozesse verhindert, wird als eine der Ursachen für die Sauerstoffversorgung der Erde angesehen. Es wird jedoch angenommen, dass höhere Sauerstoffgehalte das Vergraben hemmen. Hier schlagen wir eine Lösung dieses Rätsels vor, wobeiDie anfängliche Oxygenierung der Erde wird begünstigt durch oxidative Metabolismen, die partiell oxidierte organische Materie POOM erzeugen und die Bestattung durch Wechselwirkung mit Mineralien in Sedimenten erhöhen.Erstens führen wir die POOM-Hypothese durch ein mathematisches Argument ein.Zweitens rekonstruieren wir die Evolutionsgeschichte einer Schlüsselenzymfamilie, Flavin-abhängige Baeyer-Villiger-Monooxygenasen, die POOM erzeugen, und zeigen die zeitliche Übereinstimmung ihrer Diversifizierung mit der atmosphärischen Sauerstoffversorgung des Proterozoikums und Phanerozoikums.Schließlich schlagen wir vor, dass die Expansion des oxidativen Stoffwechsels eine positive Rückkopplung auslöste, die durch die Chemikalie verstärkt wurdeVeränderungen an Mineralien auf der Erdoberfläche. Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass EartDie Oxygenierung von h ist ein autokatalytischer Übergang, der durch eine Kombination aus biologischen Innovationen und geologischen Veränderungen induziert wird.