Afbeelding tegoed: NASA
Terwijl twee rovers Mars doorzoeken op tekenen van water en de voorlopers van het leven, hebben geochemisten bewijs ontdekt dat de oude oceanen van de aarde heel anders waren dan die van vandaag. Het onderzoek, gepubliceerd in het nummer van deze week van het tijdschrift Science, citeert nieuwe gegevens die aantonen dat de levengevende oceanen van de aarde minder zuurstof bevatten dan vandaag en bijna een miljard jaar lang bijna geen zuurstof meer hadden gehad dan eerder werd gedacht. Deze bevindingen kunnen helpen verklaren waarom het complexe leven zich miljarden jaren na het ontstaan nauwelijks heeft ontwikkeld.
De wetenschappers, gefinancierd door de National Science Foundation (NSF) en verbonden aan de Universiteit van Rochester, hebben een baanbrekende methode ontwikkeld die onthult hoe zuurstof in de oceaan mogelijk wereldwijd is veranderd. De meeste geologen zijn het erover eens dat er tot ongeveer 2 miljard jaar geleden vrijwel geen zuurstof was opgelost in de oceanen, en dat ze de meeste van de afgelopen half miljard jaar zuurstofrijk waren. Maar er is altijd een mysterie geweest over de periode daartussenin.
Geochemisten hebben manieren ontwikkeld om tekenen van oude zuurstof in bepaalde gebieden te detecteren, maar niet in de oceanen als geheel. De methode van het team kan echter worden geëxtrapoleerd om de aard van alle oceanen over de hele wereld te begrijpen.
"Dit is het beste directe bewijs dat de oceanen in die tijd minder zuurstof hadden", zegt Gail Arnold, een doctoraatsstudent aard- en milieuwetenschappen aan de Universiteit van Rochester en hoofdauteur van het onderzoekspaper.
Enriqueta Barrera, programmadirecteur bij NSF's divisie aardwetenschappen: 'Deze studie is gebaseerd op een nieuwe aanpak, de toepassing van molybdeenisotopen, waarmee wetenschappers wereldwijde verstoringen in oceaanomgevingen kunnen vaststellen. Deze isotopen openen een nieuwe deur naar het onderzoeken van de zuurstofloze oceaanomstandigheden in het hele geologische record. '
Arnold onderzocht rotsen uit Noord-Australië die meer dan een miljard jaar geleden op de bodem van de oceaan lagen, met behulp van de nieuwe methode die ze had ontwikkeld door haar en co-auteurs, Jane Barling en Ariel Anbar. Eerdere onderzoekers hadden enkele meters in de rots geboord en de chemische samenstelling ervan getest, wat bevestigde dat de oorspronkelijke informatie over de oceanen veilig bewaard was gebleven. De teamleden brachten die rotsen terug naar hun laboratorium waar ze gebruik maakten van nieuw ontwikkelde technologie - een zogenaamde Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (Multiple Collector) - om de molybdeenisotopen in de rotsen te onderzoeken.
Het element molybdeen komt de oceanen binnen via de rivierafvoer, lost op in zeewater en kan honderdduizenden jaren opgelost blijven. Door zo lang in oplossing te blijven, mengt molybdeen zich goed door de oceanen, waardoor het een uitstekende wereldwijde indicator is. Vervolgens wordt het uit de oceanen verwijderd in twee soorten sedimenten op de zeebodem: die onder water, zuurstofrijk en die die zuurstofarm zijn.
In samenwerking met co-auteur Timothy Lyons van de Universiteit van Missouri, onderzocht het Rochester-team monsters van de moderne zeebodem, inclusief de zeldzame locaties die tegenwoordig zuurstofarm zijn. Ze leerden dat het chemische gedrag van molybdeenisotopen in sedimenten verschillend is, afhankelijk van de hoeveelheid zuurstof in de bovenliggende wateren. Als gevolg hiervan hangt de chemie van molybdeenisotopen in de mondiale oceanen af van hoeveel zeewater zuurstofarm is. Ze ontdekten ook dat het molybdeen in bepaalde soorten gesteenten deze informatie over oude oceanen vastlegt. Vergeleken met moderne monsters wijzen metingen van de molybdeenchemie in de rotsen uit Australië naar oceanen met veel minder zuurstof.
Hoeveel minder zuurstof is de vraag. Een wereld vol zuurstofloze oceanen kan ernstige gevolgen hebben voor de evolutie. Eukaryoten, het soort cellen waaruit alle organismen behalve bacteriën bestaan, verschijnen al 2,7 miljard jaar geleden in het geologische record. Maar eukaryoten met veel cellen - de voorouders van planten en dieren - verschenen pas een half miljard jaar geleden, rond de tijd dat de oceanen rijk werden aan zuurstof. Samen met paleontoloog Andrew Knoll van de Harvard University, stelde Anbar eerder de hypothese voor dat een langere periode van anoxische oceanen de sleutel zou kunnen zijn waarom de meer complexe eukaryoten nauwelijks de kost verdienden terwijl hun vruchtbare bacteriële neven bloeiden. Arnolds studie is een belangrijke stap bij het testen van deze hypothese.
'Het is opmerkelijk dat we zo weinig weten over de geschiedenis van de oceanen van onze eigen planeet', zegt Anbar. "Of er al dan niet zuurstof in de oceanen was, is een eenvoudige chemische vraag waarvan je denkt dat die gemakkelijk te beantwoorden is. Het laat zien hoe moeilijk het is om informatie van het rockrecord te plagen en hoeveel meer er is om te leren over onze oorsprong. ”
Uitzoeken hoeveel minder zuurstof er in het verre verleden in de oceanen zat, is de volgende stap. De wetenschappers zijn van plan door te gaan met het bestuderen van de molybdeenchemie om die vraag te beantwoorden, met voortdurende steun van NSF en NASA, de instanties die het eerste werk ondersteunden. De informatie zal niet alleen licht werpen op onze eigen evolutie, maar kan ons ook helpen de omstandigheden te begrijpen waarnaar we moeten zoeken als we zoeken naar leven buiten de aarde.
Oorspronkelijke bron: NSF-persbericht
