Zespół geologów z Virginia Tech odkrył dowody, które mogą wskazywać, że tak.
Odkrycia zespołu, opublikowane niedawno w Science Advances, ujawniają wzrost biologicznie dostępnego azotu w czasie, gdy morskie eukarionty – organizmy, których komórki mają jądro – stały się dominujące. Złożone komórki eukariotyczne przekształciły się w organizmy wielokomórkowe i przypisuje się im zapoczątkowanie zupełnie nowej ery życia na Ziemi, w tym zwierząt, roślin i grzybów.
„To, gdzie siedzimy dzisiaj, z życiem takim, jakie jest na planecie, jest sumą wszystkich wydarzeń, które miały miejsce w przeszłości” – powiedział Ben Gill, profesor nadzwyczajny geochemii osadów i współautor artykułu. „I jest to kluczowe wydarzenie, w którym przechodzimy od dominujących ekosystemów prokariotycznych – komórek, które są znacznie prostsze niż te w naszych ciałach – do eukariontów. Gdyby tak się nie stało, nie byłoby nas tutaj”.
Poprzednie badania koncentrowały się na roli fosforu w powstawaniu eukariotów, ale Junyao Kang, doktorant na Wydziale Nauk o Ziemi i główny autor artykułu, był ciekawy roli azotu w tym wydarzeniu.
„Te dane są wyjątkowe, ponieważ dane dotyczące izotopów azotu praktycznie nie istnieją od wczesnego neoproterozoiku, czyli od miliarda do 800 milionów lat temu” – powiedział Kang.
Współpracując z Uniwersytetem Nanjing w Najing w Chinach, Kang spędził dwa lata pracując nad zrozumieniem, co spowodowało powstanie eukariontów poprzez analizę izotopów azotu próbek skał z północnochińskiego kratonu. Region, w którym znajdują się skały sprzed 3,8 miliarda lat, był kiedyś pokryty oceanem.
„Mieliśmy kilka ogólnych wyobrażeń o tym, kiedy eukarionty odniosły sukces ekologiczny” – powiedział Shuhai Xiao, profesor geobiologii i współautor artykułu. „Były tam przez długi czas w niskim statusie, aż do około 820 milionów lat temu, kiedy stały się obfite”.
Kang zdecydował, że chce się dowiedzieć dlaczego. Wziął dane z próbek skał, wprowadził je do większej bazy danych i przeanalizował w dłuższej skali czasowej obejmującej różne lokalizacje geograficzne.
„Kiedy dokonaliśmy tego rodzaju integracji i umieściliśmy to w dużym obrazie, zobaczyliśmy wzrost azotanów w czasie, co miało miejsce około 800 milionów lat temu” – powiedział Kang.
Solidna współpraca
Międzynarodowe podejście oparte na współpracy było kluczem do połączenia tych nowych danych z wydarzeniami biologicznymi, w szczególności ze wzrostem liczby eukariotów.
Gill i Rachel Reid, również geochemik z College of Science i współautorka artykułu, dostarczyli krytycznych analiz za pomocą zasobów, w tym spektrometru mas w Geoscience Stable Isotope Lab w Virginia Tech. Analizator elementarny połączony ze spektrometrem mas umożliwił naukowcom wyodrębnienie czystego gazowego azotu z próbek do analizy.
Gill specjalizuje się w odtwarzaniu obecnych i przeszłych cykli chemicznych na naszej planecie. Współpracuje z paleontologami w celu zbadania zapisu życia zachowanego w zapisie geologicznym i bada, jakie potencjalne czynniki środowiskowe mogły umożliwić zmiany w życiu na przestrzeni dziejów.
Reid, która generalnie koncentruje swoje badania na ostatnich wydarzeniach na Ziemi, miała wyjątkową okazję, by zaoferować tym starożytnym skamielinom swoją wiedzę na temat izotopów azotu.
Feifei Zhang, geochemik z Uniwersytetu Nanjing, był czwartym współautorem artykułu. Zhang przedstawił wgląd w to, ile tlenu byłoby dostępne w oceanach w czasie, gdy zwiększała się obfitość azotanów.
Wszyscy autorzy Virginia Tech są członkami stowarzyszonymi Globalnego Centrum Zmian Fralin Life Sciences Institute, a Kang jest doktorem. stypendysta programu studiów podyplomowych Interfaces of Global Change. Centrum skupia ekspertów z różnych dziedzin, aby rozwiązywać te złożone globalne wyzwania i szkolić kolejne pokolenie liderów.
Przeszłość, teraźniejszość i przyszłość
Xiao, który pomagał wykopywać i badać niektóre z najstarszych skamieniałości z całego świata, powiedział, że tego typu badania dają mu nadzieję na przyszłe odkrycia. Członkowie zespołu z niecierpliwością czekają na współpracę z NASA w zakresie przyszłych grantów, takich jak program egzobiologiczny wspierający ich bieżące badania.
Uznaje również Biblioteki Uniwersyteckie w Virginia Tech za wsparcie publikacji o otwartym dostępie, takich jak Science Advances, w celu zapewnienia sprawdzonego wyboru badań, bezpłatnie dostępnych dla czytelników.
„Możemy połączyć kropki ze składu izotopów azotu w starożytności, a następnie przejść do następnego kroku i wywnioskować, ile azotanów było dostępnych dla organizmów” – powiedział Xiao. „A potem łączymy to z danymi kopalnymi, aby pokazać, że istnieje związek”.
Chociaż starożytnych oceanów już dawno nie ma, to, co wydarzyło się w starożytnych oceanach, zostało zapisane w skałach, a badanie tych skał zapewnia powiązanie historii naszej Ziemi z teraźniejszością i przyszłością.
„Geolodzy patrzą na skały z tego samego powodu, dla którego inwestorzy giełdowi patrzą na krzywą Dow Jones, kiedy podejmują decyzję o sprzedaży lub zakupie akcji. Historia geologiczna zapisana w skałach daje nam ważny kontekst globalnych zmian w przyszłości” – powiedział Xiao.