Onderzoekers hebben zich lang afgevraagd waarom zuurstof zo'n 2,4 miljard jaar in de atmosfeer van de aarde bloeide.
De overgang werd "het grote oxidatie-evenement" genoemd en "veranderde de oppervlakteomgevingen op aarde onomkeerbaar en maakte uiteindelijk een geavanceerd leven mogelijk", zegt Dominic Papineau van het Geophysical Laboratory van de Carnegie Institution.
Papineau is nu co-auteur van een nieuwe studie in het tijdschrift Natuur, die nieuwe aanwijzingen onthult voor het mysterie in oude sedimentaire gesteenten.
Het onderzoeksteam, geleid door Kurt Konhauser van de Universiteit van Alberta in Edmonton, analyseerde de samenstelling van sporenelementen van sedimentaire gesteenten die bekend staan als gestreepte ijzerformaties of BIF's, van tientallen verschillende plaatsen over de hele wereld, variërend in leeftijd van 3.800 tot 550 miljoen jaar. Gestreepte ijzerformaties zijn unieke, door water aangelegde afzettingen die vaak worden aangetroffen in extreem oude rotslagen die zich vormden voordat de atmosfeer of de oceanen overvloedige zuurstof bevatten. Zoals hun naam al aangeeft, zijn ze gemaakt van afwisselende banden van ijzer en silicaatmineralen.
Ze bevatten ook kleine hoeveelheden nikkel en andere sporenelementen. En de geschiedenis van nikkel, denken de onderzoekers, kan een geheim onthullen over de oorsprong van het moderne leven.
Nikkel komt in kleine hoeveelheden voor in de huidige oceanen, maar kwam tot 400 keer meer voor in de oorspronkelijke oceanen van de aarde. Methaan-producerende micro-organismen, methanogenen genoemd, gedijen goed in dergelijke omgevingen, en het methaan dat ze in de atmosfeer afgeven, zou de opbouw van zuurstofgas hebben voorkomen, dat zou hebben gereageerd met het methaan om kooldioxide en water te produceren.
Een verlaging van de nikkelconcentratie zou hebben geleid tot een "nikkel-hongersnood" voor de methanogenen, die voor de belangrijkste metabole processen afhankelijk zijn van op nikkel gebaseerde enzymen. Algen en andere organismen die tijdens fotosynthese zuurstof afgeven, gebruiken verschillende enzymen en zouden daardoor minder zijn aangetast door de nikkelhongersnood. Als gevolg hiervan zou het methaan in de atmosfeer zijn afgenomen en zouden de voorwaarden voor de opkomst van zuurstof zijn ingesteld.
De onderzoekers ontdekten dat het nikkelgehalte in de BIF's ongeveer 2,7 miljard jaar geleden begon te dalen en 2,5 miljard jaar geleden ongeveer de helft van zijn eerdere waarde was.
'De timing past heel goed. De daling van het nikkel had het toneel kunnen vormen voor het Great Oxidation Event, 'zei Papineau. "En van wat we weten over levende methanogenen, zou een lager nikkelgehalte de methaanproductie ernstig hebben teruggedrongen."
Wat betreft waarom nikkel in de eerste plaats is gevallen, wijzen de onderzoekers op de geologie. Tijdens eerdere fasen van de geschiedenis van de aarde, terwijl de mantel extreem heet was, zouden lava's van vulkaanuitbarstingen relatief veel nikkel bevatten. Erosie zou het nikkel in de zee hebben weggespoeld, waardoor het niveau hoog bleef. Maar toen de mantel afkoelde en de chemie van lava's veranderde, spuwden vulkanen minder nikkel uit en zou minder de weg naar de zee hebben gevonden.
'De nikkelverbinding was niet iets dat eerder was overwogen', zei Papineau. "Het is slechts een spoorelement in zeewater, maar onze studie geeft aan dat het mogelijk een enorme impact heeft gehad op de omgeving van de aarde en op de geschiedenis van het leven."
Bron: Carnegie Institution for Science, via Eurekalert.
