Sursa antică de oxigen care a alimentat viața la începutul Pământului, găsită de cercetători

Cutremurele puternice care au zguduit Pământul în urmă cu aproximativ 3,8 miliarde de ani au deschis scoarța planetei și le-au permis reacțiilor chimice să se desfășoare adânc în roca fracturată. Aceste reacții, alimentate de activitatea seismică, apă și de temperaturi aproape de fierbere, ar fi putut fi sursa antică de oxigen pentru unele dintre cele mai timpurii forme de viață.

Acest oxigen ar fi existat sub forma compusului peroxid de hidrogen (H2O2), spune un nou studiu, publicat în revista Nature Communications.

• Un studiu a dezmințit un mit despre minele Regelui Solomon
• ADN-ul ciumei bubonice a fost găsit într-o mumie egipteană de acum 3.300 de ani

Foarte cunoscut în prezent drept antiseptic, peroxidul de hidrogen poate fi, desigur, toxic pentru organismele vii, dar poate fi totuși o sursă utilă de oxigen odată descompus de enzime sau de reacții care apar la căldură mare, explică Jon Telling, autor principal al studiului și lector de geochimie și geomicrobiologie la Universitatea Newcastle din Marea Britanie.

Cum s-a format sursa antică de oxigen?

Acum, în experimente de laborator, Telling și colegii săi au descoperit o modalitate prin care s-ar fi putut forma cantități mari de peroxid de hidrogen pe Pământul timpuriu, servind astfel drept sursa antică de oxigen pentru unele dintre cele mai vechi organisme de pe planetă.

Aceste reacții apar cel mai eficient la temperaturi apropiate de punctul de fierbere al apei (100°C), dar încă produc puțin H2O2 și la temperaturi sub 80 de grade, au descoperit cercetătorii.

Aceste temperaturi se suprapun cu intervalul de temperatură în care se știe că se dezvoltă termofilele și hipertermofilele (bacterii iubitoare de căldură) și arheele, a spus Telling.

Strămoșul întregii vieți de pe Pământ

Se crede că strămoșul comun al întregii vieți de pe Pământ a evoluat și el pentru a trăi în medii arzătoare și astfel, teoretic, acest organism ancestral misterios ar fi putut fi influențat de prezența peroxidului de hidrogen forjat adânc în scoarța planetei, scrie Live Science.

Important, deoarece peroxidul de hidrogen poate deteriora grăsimile, proteinele și ADN-ul celulelor, organismele timpurii ar fi avut nevoie de strategii pentru a „detoxifica” compusul dacă ar fi fost prezent în mediul lor, a spus Lynn Rothschild, cercetătoare la NASA Ames Research Center din California, ea nefăcând parte din studiu.

Peroxidul de hidrogen este, de asemenea, un produs secundar natural al fotosintezei, așa că pentru a dezvolta capacitatea de fotosinteză, organismele au trebuit probabil să fie mai întâi capabile să reziste la H2O2.

„Trebuia să existe surse de specii reactive de oxigen”, inclusiv peroxid de hidrogen, „pe Pământul timpuriu înainte de apariția fotosintezei oxigenate”, a spus Rothschild.

Studii anterioare despre sursa antică de oxigen

Studiile anterioare, inclusiv lucrările conduse de laboratorul lui Rothschild, au sugerat că mineralele despre care se crede că există în scoarța terestră timpurie ar putea fi o sursă potențială de peroxid de hidrogen și, prin urmare, sursa antică de oxigen.

Unele dintre aceste experimente au implicat zdrobirea unor roci în anumite condiții și apoi expunerea lor la apă. Această serie de evenimente imită, la scară mică, stresul fizic suportat de roci în regiunile active din punct de vedere tectonic ale scoarței terestre timpurii, unde crusta s-a deschis și apa s-a putut infiltra.

Atunci când Pământul avea mai puțin de un miliard de ani, planeta nu avea încă plăci mari de crustă care alunecă peste mantaua sa, cum are în prezent, a spus Telling. Chiar și așa, la acel moment, crusta tot se deforma și crăpa în regiuni localizate, din cauza activității vulcanice și a interacțiunilor dintre bucăți mult mai mici de crustă, a spus el.

Deși experimentele anterioare au demonstrat că această activitate tectonică timpurie ar putea produce hidrogen gazos (o componentă a peroxidului de hidrogen) și peroxid de hidrogen complet format, aceste studii au generat doar cantități mici din acești compuși.

Noi experimente

În noul studiu, Telling și colegii săi au efectuat experimente similare, dar au expus rocile zdrobite la o gamă mai largă de temperaturi și pentru perioade mai lungi de timp, de până la o săptămână. Pe baza studiilor anterioare, ei au bănuit că această abordare ar putea crește cantitatea de peroxid de hidrogen produsă.

În experimentele lor cu rocă zdrobită, echipa a folosit granit, o rocă găsită în crusta continentală, și bazalt și peridotită, care ar fi fost abundente în scoarța oceanică timpurie a Pământului. Cercetătorii au măcinat aceste roci până la o pulbere fină în recipiente fără oxigen, au transferat cu grijă roca zdrobită în sticle etanșe, au adăugat apă și apoi au crescut temperatura.

Pe măsură ce pulberile de rocă au ajuns la temperaturi aproape de fierbere, „defectele” din mineralele care le compun au devenit mai puțin stabile și mai susceptibile de a reacționa cu apa.

Sursa antică de oxigen, creată de stres

Mai exact, aceste defecte au inclus „legături peroxi”, sau locuri în care doi atomi de oxigen sunt legați împreună în structura cristalină a mineralelor, unde de obicei oxigenul s-ar lega doar de elementul siliciu. Astfel de defecte pot fi introduse într-un cristal dacă în structura sa este adăugată apă din greșeală pe măsură ce se formează, a spus Telling.

„Atunci când aceste roci care conțin legături peroxi sunt supuse stresului, aceste defecte se pot disloca”, a explicat el. „Ele se pot deplasa prin structura cristalină către suprafețe unde pot începe apoi să interacționeze cu apa”, iar această interacțiune produce în cele din urmă peroxid de hidrogen.

Aceste rezultate sugerează că, cel puțin în regiunile timpurii ale Pământului zguduite de cutremure și coapte la temperaturi ridicate, peroxidul de hidrogen ar fi putut fi o caracteristică comună a mediului. Acestea fiind spuse, experimentele nu pot surprinde viteza sau scara exactă la care au avut loc aceste reacții producătoare de H2O2 pe Pământul timpuriu, a remarcat Telling.

Evoluția cianobacteriilor

„Ar fi interesant să vedem cât de răspândit este acest fenomen” și modul în care peroxidul de hidrogen a influențat evoluția organismelor timpurii, la scară globală, a spus Rothschild, care studiază modul în care viața ar fi putut apărea și evolua pe Pământul timpuriu și potențial în altă parte a galaxiei.

Acestea fiind spuse, H2O2 nu ar fi trebuit să fie prezent în toate mediile de pe Pământul timpuriu pentru a controla evoluția vieții de pe planetă. Dacă ești un mic microb cu o dimensiune de câțiva microni, oricum ești influențat doar de substanțele chimice din împrejurimile tale imediate.

„Este suficient să ai specii reactive de oxigen în apropiere”, a spus Rothschild. Această expunere timpurie la H2O2 din mediu poate să fi oferit un „antrenament” esențial pentru organismele care au evoluat în cianobacterii, algele albastre-verzi responsabile pentru pomparea de oxigen în atmosfera Pământului, modelând astfel cursul istoriei planetei noastre, a spus ea.

Vă recomandăm să citiți și:

Un nou mod de a fierbe apa și economisi energie în același timp, descoperit de cercetătorii de la MIT

Test de cultură generală. Câte stări ale materiei există?

Astronomii descifrează modul în care unele planete îndepărtate prezintă nori fierbinți de nisip

O misiune chineză își propune să studieze atmosfera și geologia planetei Venus