Jordens första mikrober använde arsenik istället för syre för att upprätthålla livet

En nyckelkomponent i syrecykeln är vad växter och vissa typer av bakterier använder

solljus, vatten och CO2, omvandlar dem tillkolhydrater och syre, som sedan cirkuleras och används av andra syreanvändande organismer. Detta syre fungerar som ett fordon för elektroner, som tar emot och ger bort dem i metaboliska processer. Men under de första 1,5 miljarder åren av livet på jorden saknades syre, och forskarna förstod inte hur alla system på jorden fungerade, sade studiens huvudförfattare, professor i havs- och geovetenskap vid UCLA, Peter Vischer.

Teorier om hur livsprocesserfungerade i frånvaro av syre, förlitade sig huvudsakligen på väte, svavel eller järn som de element som bär elektroner för att möta organismernas metaboliska behov.

Som Vischer förklarar är dessa teorier omstridda;till exempel är fotosyntes möjlig med järn, men forskare finner inga bevis för detta i fossilregistret före syre för cirka 2,4 miljarder år sedan. Väte nämns, men energin och konkurrensen om väte mellan olika mikrober visar att detta inte är genomförbart.

Arsenik är en annan teoretisk möjlighet, ochbevis för detta hittades 2008. Visscher säger att de nya bevisen kom 2014, då han och hans kollegor hittade bevis för arsenikbaserad fotosyntes för miljarder år sedan. För att ytterligare bekräfta sin teori behövde forskare hitta en modern analog för att studera biogeokemi och elementers omsättning.

Den utmanande aspekten av att arbeta med fossilregistret,särskilt sådana gamla som vissa stromatoliter är att det är få av dem på grund av cirkulationen av stenar när kontinenterna rör sig. Genombrottet kom dock när laget upptäckte en aktiv mikrobiell matta som för närvarande finns i den hårda miljön i Laguna la Brava i Chiles Atacama-öken.

Dessa mattor har inte tidigare studerats, men representerarär en annan världslig uppsättning villkor som liknar den tidiga jorden. Mattorna är i en unik miljö som lämnar dem i ett permanent syrefritt tillstånd på höga höjder, där de utsätts för dagliga fluktuationer i temperatur och hög UV-strålning. De fungerar som ett kraftfullt och informativt verktyg för att förstå livet på den tidiga jorden.

Forskare började arbeta i Chile, där de hittadeblodröd flod. De röda avsättningarna består av anoxogena fotosyntetiska bakterier. Detta vatten innehåller också mycket arsenik. Den innehåller vätesulfid, som är av vulkaniskt ursprung och flyter mycket snabbt över mattorna. Det finns absolut inget syre här, förklarar forskarna.

Ett team av forskare har visat att mattor skaparkarbonatavlagringar och en ny generation stromatoliter. Karbonatmaterial visade också bevis för arsenikcykling - det fungerar som en elektronbärare, vilket bevisar att mikrober aktivt metaboliserar det, som syre i moderna system. Visher säger att dessa resultat tillsammans med de fossila bevisen ger en tydlig indikation på de tidiga tillstånden på jorden.

Läs också

I ekosystemens era: hur IT-jättar förvandlas till gränssnitt för vår vardag

Doomsday-glaciären visade sig vara farligare än forskare trodde. Vi berättar det viktigaste

GitHub har ersatt termen "master" med en neutral motsvarighet