Изображение предоставлено NASA
Поскольку два марсохода обыскивают Марс на предмет наличия признаков воды и предшественников жизни, геохимики обнаружили доказательства того, что древние океаны Земли сильно отличались от современных. В исследовании, опубликованном в номере журнала Science на этой неделе, приводятся новые данные, которые показывают, что в земных океанах, живущих на Земле, содержится меньше кислорода, чем сегодня, и он мог почти лишиться кислорода на миллиард лет дольше, чем считалось ранее. Эти результаты могут помочь объяснить, почему сложная жизнь едва развивалась в течение миллиардов лет после ее возникновения.
Ученые, финансируемые Национальным научным фондом (NSF) и связанные с Университетом Рочестера, разработали новый метод, который показывает, как кислород океана мог измениться в глобальном масштабе. Большинство геологов сходятся во мнении, что кислород не растворялся в океанах примерно до 2 миллиардов лет назад, и что они были богаты кислородом в течение большей части последних полмиллиардов лет. Но всегда было загадкой о периоде между ними.
Геохимики разработали способы обнаружения признаков древнего кислорода в определенных областях, но не в океанах Земли в целом. Метод команды, однако, может быть экстраполирован, чтобы понять природу всех океанов по всему миру.
«Это лучшее прямое доказательство того, что в мировом океане было меньше кислорода за это время», - говорит Гейл Арнольд, докторант наук о Земле и окружающей среде в Университете Рочестера и ведущий автор исследовательской работы.
Энрикета Баррера, директор программы в отделении наук о Земле ННФ, добавляет: «Это исследование основано на новом подходе - применении изотопов молибдена, который позволяет ученым определять глобальные возмущения в океанской среде. Эти изотопы открывают новые возможности для изучения бескислородных условий океана, время от времени попадающих в геологические записи ».
Арнольд исследовал породы из северной Австралии, которые находились на дне океана более миллиарда лет назад, используя новый метод, разработанный ею и соавторами Джейн Барлинг и Ариэль Анбар. Предыдущие исследователи пробурили несколько метров в скале и проверили ее химический состав, подтвердив, что он надежно сохранил первоначальную информацию об океанах. Члены команды принесли эти камни обратно в свои лаборатории, где они использовали недавно разработанную технологию, называемую масс-спектрометром с индуктивно-связанной плазмой с множественным коллектором, для изучения изотопов молибдена внутри камней.
Элемент молибден поступает в океаны через речной сток, растворяется в морской воде и может оставаться растворенным в течение сотен тысяч лет. Оставаясь в растворе так долго, молибден хорошо смешивается во всем океане, что делает его отличным глобальным показателем. Затем он удаляется из океанов в два вида отложений на морском дне: те, которые находятся под водой, богатые кислородом и те, которые бедны кислородом.
Работая с соавтором Тимоти Лайонсом из Университета Миссури, команда Рочестер изучила образцы с современного морского дна, включая редкие места, которые сегодня бедны кислородом. Они узнали, что химическое поведение изотопов молибдена в отложениях различается в зависимости от количества кислорода в вышележащих водах. В результате химия изотопов молибдена в глобальных океанах зависит от того, сколько морской воды бедно кислородом. Они также обнаружили, что молибден в некоторых породах записывает эту информацию о древних океанах. По сравнению с современными образцами измерения химического состава молибдена в породах из Австралии указывают на океаны с гораздо меньшим количеством кислорода.
Насколько меньше кислорода - это вопрос. Мир, полный бескислородных океанов, может иметь серьезные последствия для эволюции. Эукариоты, вид клеток, из которых состоят все организмы, кроме бактерий, появляются в геологической истории еще 2,7 миллиарда лет назад. Но эукариоты со многими клетками - предками растений и животных - появились только полтора миллиарда лет назад, примерно в то время, когда океаны стали богатыми кислородом. Вместе с палеонтологом Эндрю Кноллом из Гарвардского университета Анбар ранее выдвинул гипотезу о том, что длительный период бескислородных океанов может быть ключом к тому, почему более сложные эукариоты едва зарабатывали на жизнь, в то время как их плодовитые бактериальные кузены процветали. Исследование Арнольда является важным шагом в проверке этой гипотезы.
«Примечательно, что мы так мало знаем об истории океанов нашей планеты», - говорит Анбар. «Было ли в океанах кислород или нет - это простой химический вопрос, на который, как вы думаете, было бы легко ответить. Это показывает, насколько трудно дразнить информацию из рок-записи и сколько еще нам нужно узнать о нашем происхождении ».
Выяснение того, насколько меньше кислорода было в океанах в древнем прошлом, является следующим шагом. Ученые планируют продолжить изучение химии молибдена, чтобы ответить на этот вопрос, при постоянной поддержке со стороны NSF и NASA, агентств, которые поддержали начальную работу. Эта информация не только проливает свет на нашу собственную эволюцию, но и может помочь нам понять условия, которые мы должны искать при поиске жизни за пределами Земли.
Первоисточник: пресс-релиз NSF
