Biomineralizzazione di minerali di dolomite e ossido di manganese sulle superfici cellulari di Chlorobium sp. Credito:Mirna Daye
Circa 2,4 miliardi di anni fa, alla fine dell'Eone Archeano, un aumento planetario dei livelli di ossigeno chiamato Great Oxidation Event (GOE) ha creato l'atmosfera familiare che tutti respiriamo oggi. I ricercatori concentrati sulle origini della vita concordano ampiamente sul fatto che questo evento di transizione sia stato causato dalla proliferazione globale di microbi fotosintetici in grado di scindere l'acqua per produrre ossigeno molecolare (O 2 ). Però, secondo Tanja Bosak, professore associato presso il Dipartimento della Terra del MIT, Atmosferico, e Scienze Planetarie (EAPS), i ricercatori non sanno quanto tempo prima del GOE si evolvessero questi organismi.
La nuova ricerca di Bosak, pubblicato oggi in Natura , suggerisce che ora potrebbe essere ancora più difficile definire l'emergere di microbi produttori di ossigeno nella documentazione geologica.
Un segnale tra le rocce
I primi microbi per produrre ossigeno non hanno lasciato un diario alle spalle, quindi gli scienziati devono cercare sottili indizi della loro comparsa che potrebbero essere sopravvissuti ai pochi miliardi di anni trascorsi. Complicando ulteriormente le cose, mentre le prove del GOE si trovano in tutta la Terra, queste prime colonie di organismi produttori di ossigeno sarebbero probabilmente esistite per la prima volta in piccoli stagni o corpi idrici. Qualsiasi traccia di loro sarebbe geograficamente isolata.
Alcuni scienziati considerano le prove localizzate dell'ossido di manganese minerale nei sedimenti antichi come un indicatore (o proxy) dell'esistenza di organismi produttori di ossigeno. Questo perché si pensava che l'ossidazione del manganese fosse possibile solo in presenza di quantità significative di O 2 , più di quanto normalmente esistesse nell'atmosfera pre-GOE. Così, trovare prove di ossido di manganese nei sedimenti precedenti al GOE suggerirebbe che gli organismi produttori di ossigeno si erano evoluti in quel momento ed erano attivi nell'area.
Ma si scopre che c'è più di un modo per ossidare il manganese.
Biomineralizzazione di minerali di dolomite e ossido di manganese sulle superfici cellulari di Chlorobium sp. Credito:Mirna Daye
I microbi anaerobici cambiano il gioco
Come descritto nel nuovo documento, Bosak e il suo ex postdoc, Mirna Daye, scoperto che le colonie di microbi moderni possono eseguire questo processo in ambienti anaerobici tipici del tardo Archean Eon. A differenza degli organismi che hanno causato il GOE, I microbi di Daye e Bosak usano il solfuro, invece dell'acqua, per eseguire la fotosintesi, quindi non creano ossigeno molecolare come sottoprodotto. La maggior parte degli scienziati pensa che questo tipo di fotosintesi anaerobica sia emerso come un sistema precursore della più familiare fotosintesi ossigenata che ha inaugurato il GOE, ei microbi di Daye e Bosak contengono macchinari genetici simili a quelli che si pensa siano esistiti prima dell'evoluzione dei batteri in grado di produrre ossigeno.
La dimostrazione del gruppo Bosak dell'ossidazione del manganese in un ambiente anaerobico significa che la prova dell'antico ossido di manganese potrebbe non essere un indicatore affidabile per l'evoluzione locale della vita che produce ossigeno. Potrebbe essere solo un segnale per la presenza di altri organismi già ritenuti diffusi in quel momento.
I coautori di Bosak includono il professore associato di geobiologia Gregory Fournier, insieme agli ex postdoc Mirna Daye e Mihkel Pajusalu del dipartimento EAPS del MIT; Vanja Klepac-Ceraj, Sophie Rowland, e Anna Farrell-Sherman del Wellesley College; Nicolas Beukes dell'Università di Johannesburg; e Nobumichi Tamura del Berkley National Laboratory.
Mettere in discussione il manganese antico
"Scoprire nuovi meccanismi attraverso i quali l'ossido di manganese potrebbe essere creato negli ambienti Archeani, prima dell'aumento dell'ossigeno, è tremendamente interessante perché molti dei proxy che abbiamo [usato] per la presenza di ossigeno [e quindi, microbi in grado di produrlo] nell'ambiente nella prima metà della storia della Terra sono ... in realtà proxy per la presenza di ossido di manganese, "dice Ariel Anbar, professore all'Arizona State University School of Earth and Space Exploration, che non è stato coinvolto nella ricerca. "Questo ci costringe a riflettere più a fondo sui proxy che stiamo usando e se sono davvero indicativi di O 2 o no."
Lo studio della Terra antica è sempre stato impegnativo, poiché le prove vengono riciclate da processi geologici e altrimenti perse a causa dell'usura del tempo. I ricercatori hanno solo dati frammentati e dedotti che possono utilizzare per sviluppare teorie.
"Quello che stiamo scoprendo non è necessariamente dire che queste persone che stanno interpretando questi blips di ossigeno prima del GOE [sono] sbagliate. Mi dà solo un'enorme pausa, "dice Bosak, "Il fatto che abbiamo introdotto alcuni microbi e trovato questi processi che non sono mai stati considerati ci dice che in realtà non capiamo molto su come la vita e l'ambiente si siano co-evoluti".
Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.
