Aarde. Afbeelding tegoed: NASA Klik om te vergroten
De geschiedenis van het leven op aarde is nauw verbonden met het verschijnen van zuurstof in de atmosfeer. De huidige wetenschappelijke consensus is van mening dat ongeveer 2,4 miljard jaar geleden voor het eerst aanzienlijke hoeveelheden zuurstof in de atmosfeer van de aarde verschenen, met een tweede grote toename van zuurstof in de atmosfeer veel later, misschien ongeveer 600 miljoen jaar geleden.
Nieuwe bevindingen van geologen van de Universiteit van Maryland suggereren echter dat de tweede sprong in atmosferische zuurstof mogelijk veel eerder is begonnen en geleidelijker is verlopen dan eerder werd gedacht. De bevindingen zijn mogelijk gemaakt met behulp van een nieuwe tool voor het volgen van het microbiële leven in oude omgevingen, ontwikkeld in Maryland. Gefinancierd door de National Science Foundation en NASA, verschijnt het werk in het nummer van 2 december van Science.
Afgestudeerd onderzoeker David Johnston, onderzoekswetenschapper Boswell Wing en collega's van de afdeling geologie van de Universiteit van Maryland en het Interdisciplinair Centrum voor Aardwetenschappen leidden een internationaal team van onderzoekers dat uiterst nauwkeurige metingen van een zeldzame zwavelisotoop, 33S, gebruikte om die oude zee te vestigen microben die bekend staan als zwaveldisproportionerende prokaryoten waren bijna 500 miljoen jaar eerder wijdverbreid dan eerder werd gedacht.
De tussenliggende zwavelverbindingen die door deze zwaveldisproportionerende bacteriën worden gebruikt, worden gevormd door de blootstelling van sulfidemineralen aan zuurstofgas. Het bewijs van wijdverbreide activiteit door dit type bacteriën is dus door wetenschappers geïnterpreteerd als bewijs voor een verhoogd zuurstofgehalte in de atmosfeer.
"Deze metingen impliceren dat disproportionering van zwavelverbindingen [1,3 miljoen jaar geleden] een actief onderdeel was van de zwavelcyclus en dat progressieve oxygenatie van het aardoppervlak mogelijk het [middelste proterozoïcum] heeft gekenmerkt", schrijven de auteurs.
Het proterozoïcum is de periode in de geschiedenis van de aarde van ongeveer 2,4 miljard jaar geleden tot 545 miljoen jaar geleden.
"De bevindingen tonen ook aan dat de nieuwe op 33S gebaseerde onderzoeksmethode kan worden gebruikt om op unieke wijze de aanwezigheid en het karakter van microbieel leven in oude omgevingen te volgen en een glimp op te vangen van evolutie in actie", aldus Johnston. "Deze benadering biedt een belangrijk nieuw hulpmiddel in de astrobiologische zoektocht naar het vroege leven op aarde en daarbuiten."
De lucht die we inademen
Toen onze planeet zo'n 4,5 miljard jaar geleden werd gevormd, was vrijwel alle zuurstof op aarde chemisch gebonden aan andere elementen. Het zat in vaste verbindingen zoals kwarts en andere silicaatmineralen, in vloeibare verbindingen zoals water en in gasvormige verbindingen zoals zwaveldioxide en kooldioxide. Vrije zuurstof - het gas waarmee we kunnen ademen en dat essentieel is voor alle gevorderde levens - bestond praktisch niet.
Wetenschappers hebben lang gedacht dat het verschijnen van zuurstof in de atmosfeer werd gemarkeerd door twee verschillende sprongen in zuurstofniveaus. In de afgelopen jaren hebben onderzoekers een methode gebruikt die is ontwikkeld door geoloog James Farquhar en collega's van de Universiteit van Maryland om definitief vast te stellen dat er zo'n 2,4 miljard jaar geleden voor het eerst aanzienlijke hoeveelheden zuurstof in de atmosfeer van de aarde verschenen. Deze toename wordt ook wel de 'grote oxidatie-gebeurtenis' genoemd en markeert het begin van de proterozoïcumperiode.
Er was ook een algemene wetenschappelijke consensus dat de tweede grote stijging van de zuurstof in de atmosfeer ongeveer 600 miljoen jaar geleden plaatsvond, waarbij de zuurstof toen tot bijna moderne niveaus steeg. Bewijs van meercellige dieren verschijnt rond deze tijd voor het eerst in de geologie.
"Er is veel discussie geweest over de vraag of de tweede grote toename van zuurstof in de atmosfeer snel en stapsgewijs was, of langzaam en progressief", aldus Wing. "Onze resultaten ondersteunen het idee dat de tweede stijging progressief was en ongeveer 1,3 miljard jaar geleden begon, in plaats van 0,6 miljard jaar geleden."
Naast Johnston, zijn Wing's Maryland co-auteurs op 2 december geologie collega's James Farquhar en Jay Kaufman. Hun groep werkt aan het documenteren van verbanden tussen zwavelisotopen en de evolutie van de atmosfeer van de aarde met behulp van veldonderzoek, laboratoriumanalyse van gesteentemonsters, geochemische modellen, fotochemische experimenten met zwavelhoudende gassen en microbiële experimenten.
"Actieve microbiële disproportionering van zwavel in het mesoproterozoïcum" door David T. Johnston, Boswell A. Wing, James Farquhar en Alan J. Kaufman, University of Maryland; Harald Strauss, Universit? T M? Nster; Timothy W. Lyons, Universiteit van Californië, Riverside; Linda C. Kah, Universiteit van Tennessee; Donald E. Canfield, Southern Denmark University: Science, 2 december 2005.
Oorspronkelijke bron: UM News Release
