Das Leben entstand in Anoxie, aber viele Organismen waren zum Überleben auf Sauerstoff angewiesen und entwickelten unabhängig voneinander verschiedene Atmungssysteme, um Sauerstoff aus der Umgebung zu gewinnen. Eine neue Studie von Newcastle University hat eine Sauerstoffquelle entdeckt, die möglicherweise die Entwicklung des Lebens vor dem Aufkommen der Photosynthese beeinflusst hat.
Wissenschaftler haben einen Mechanismus entdeckt, der es Gesteinen ermöglicht, Wasserstoffperoxid zu produzieren, während sie sich entlang geologischer Verwerfungen bewegen.
Wasserstoffperoxid kann in großen Dosen lebensgefährlich sein, aber auch eine nützliche Sauerstoffquelle für Bakterien sein. Vor der Entwicklung der Photosynthese könnte diese zusätzliche Sauerstoffversorgung die frühe Entwicklung und möglicherweise sogar die Entstehung des Lebens in heißen Gegenden auf der frühen Erde beeinflusst haben.
In tektonisch aktiven Gebieten ist die Bewegung der Erdkruste verursacht nicht nur Erdbeben, sondern auch Brüche und Risse im Untergrund, die von hochreaktiven Gesteinsoberflächen begrenzt werden, die viele Defekte aufweisen. Die Fehler im frisch gebrochenen Gestein können dann nach unten filtern und mit dem Wasser reagieren.
Wissenschaftler simulierten diese Bedingungen, indem sie Granit, Basalt und Peridotit zerkleinerten. Diese wurden dann unter kontrollierten, sauerstofffreien Bedingungen bei unterschiedlichen Temperaturen zu Wasser gegeben.
Die Untersuchungen zeigten, dass erhebliche Mengen an Wasserstoffperoxid, und damit möglicherweise Sauerstoff, wurden nur bei Temperaturen nahe dem Siedepunkt von Wasser erzeugt. Wichtig ist, dass sich die Temperatur, bei der Wasserstoffperoxid gebildet wird, mit den Wachstumsbereichen einiger der wärmeliebendsten Bakterien der Erde, den sogenannten Hyperthermophilen, überschneidet, darunter sauerstoffverbrauchende, uralte, evolutionäre Mikroben nahe der Basis des Universeller Baum des Lebens.
Der Hauptautor Jordan Stone, der diese Forschung im Rahmen seines MRes in Umweltgeowissenschaften durchführte, sagte: „Während frühere Untersuchungen darauf hindeuteten, dass durch Belastung oder Zerkleinerung von Gesteinen in Abwesenheit von Sauerstoff kleine Mengen Wasserstoffperoxid und andere Oxidationsmittel entstehen können, ist dies die erste Studie, die die entscheidende Bedeutung heißer Temperaturen für die Maximierung der Wasserstoffperoxiderzeugung zeigt.“
Hauptforscher Dr. Jon Telling, Dozent, hinzugefügt: „Diese Forschung zeigt, dass sich Defekte an Schotter und Mineralien ganz anders verhalten können, als man es von „perfekteren“ Mineraloberflächen erwarten würde. Bei all diesen mechanochemischen Reaktionen muss Wasserstoffperoxid entstehen. Daher ist Sauerstoff Wasser, zerkleinertes Gestein und hohe Temperaturen, die alle auf der Erde vorhanden waren frühe Erde vor der Entwicklung von Photosynthese und die die Chemie und Mikrobiologie in heißen, seismisch aktiven Regionen beeinflusst haben könnten, in denen sich möglicherweise zuerst Leben entwickelt hat.“
Die Arbeit wurde durch Zuschüsse des Natural Environmental Research Council (NERC) und der UK Space Agency unterstützt. Ein großes neues Folgeprojekt unter der Leitung von Dr. Jon Telling und finanziert von NERC ist im Gange, um die Bedeutung dieses Mechanismus für die Unterstützung des Lebens im Untergrund der Erde zu bestimmen.
Journal Referenz:
- Jordan Stone, John O. Edgar, Jamie A. Gould und Jon Telling „Tektonisch gesteuerte Oxidationsmittelproduktion in der heißen Biosphäre“. Nature Communications veröffentlicht . DOI: 10.1038 / s41467-022-32129-y
