Nachricht

Nov 15, 2023

Uralte Sauerstoffquelle für Leben tief in der Erdkruste entdeckt

Von der Newcastle University, 8. August 2022 Forscher haben eine Quelle dafür entdeckt

Von der Newcastle University, 8. August 2022

Forscher haben eine Sauerstoffquelle entdeckt, die möglicherweise die Entwicklung des Lebens vor dem Aufkommen der Photosynthese beeinflusst hat.

Scientists at Newcastle University have discovered a source of oxygen deep in the Earth's crust that may have influenced the evolution of life before the advent of photosynthesisPhotosynthesis is how plants and some microorganisms use sunlight to synthesize carbohydrates from carbon dioxide and water." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Photosynthese.

The pioneering research project uncovered a mechanism that can generate hydrogen peroxide from rocks during the movement of geological faults. The study was led by Newcastle University's School of Natural and Environmental Sciences and published today (August 8) in the journal Nature Communications<em>Nature Communications</em> is a peer-reviewed, open-access, multidisciplinary, scientific journal published by Nature Portfolio. It covers the natural sciences, including physics, biology, chemistry, medicine, and earth sciences. It began publishing in 2010 and has editorial offices in London, Berlin, New York City, and Shanghai. " data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Naturkommunikation.

Während Wasserstoffperoxid in hohen Konzentrationen lebensgefährlich sein kann, kann es auch eine nützliche Sauerstoffquelle für Mikroben darstellen. Diese zusätzliche Sauerstoffquelle könnte die frühe Entwicklung und möglicherweise sogar die Entstehung des Lebens in heißen Umgebungen auf der frühen Erde vor der Entwicklung der Photosynthese beeinflusst haben.

Den Forschern gelang es, mithilfe von Fläschchen im Labor einige der wichtigsten Bedingungen des unterirdischen Gesteinsbruchs zu simulieren. Gesteine, die für die ozeanische und kontinentale Kruste repräsentativ sind, wurden unter Stickstoff zerkleinert, sauerstofffreiem Wasser zugesetzt und dann erhitzt. Bildnachweis: Jon Telling / Jordan Stone / Newcastle University

In tektonisch aktiven Regionen führt die Bewegung der Erdkruste nicht nur zu Erdbeben, sondern auch zu Rissen und Brüchen im Untergrund. Diese sind mit hochreaktiven Gesteinsoberflächen ausgekleidet, die viele Unvollkommenheiten oder Defekte aufweisen. Wasser kann dann nach unten filtern und mit diesen Defekten im neu gebrochenen Gestein reagieren.

Masterstudent Jordan Stone simulierte diese Bedingungen im Labor, indem er Granit, Basalt und Peridotit zerkleinerte – Gesteinsarten, die in der frühen Erdkruste vorhanden waren. Diese wurden dann bei unterschiedlichen Temperaturen und unter gut kontrollierten sauerstofffreien Bedingungen zu Wasser gegeben.

Die Forschung untersucht eine Quelle reaktiven Sauerstoffs, die mit geologischen Verwerfungen verbunden ist; eine potenzielle Sauerstoffquelle, bevor Cyanobakterien die Erdatmosphäre mit Sauerstoff anreichern. Dieser reaktive Sauerstoff spielte möglicherweise eine Rolle bei der Entwicklung des Lebens von einer sauerstofffreien zu einer sauerstoffreichen Welt und trug zur präbiotischen Chemie in unterirdischen Brüchen vor der Entstehung des Lebens bei. Bildnachweis: Jon Telling / Jordan Stone / Newcastle University

Die Experimente ergaben, dass erhebliche Mengen an Wasserstoffperoxid – und damit möglicherweise auch Sauerstoff – nur bei Temperaturen nahe dem Siedepunkt von Wasser entstehen. Wichtig ist, dass sich die Temperatur der Wasserstoffperoxidbildung mit den Wachstumsbereichen einiger der wärmeliebendsten Mikroben auf der Erde, den Hyperthermophilen, überschneidet, darunter evolutionäre, uralte Sauerstoff verbrauchende Mikroben in der Nähe der Wurzel des Universellen Baumes des Lebens.

Der Hauptautor Jordan Stone, der diese Forschung im Rahmen seines Masterstudiengangs in Umweltgeowissenschaften durchführte, sagte: „Während frühere Untersuchungen darauf hindeuteten, dass durch Belastung oder Zerkleinerung von Gesteinen in Abwesenheit von Wasserstoffperoxid und anderen Oxidationsmitteln kleine Mengen gebildet werden können.“ Sauerstoff ist dies die erste Studie, die die entscheidende Bedeutung heißer Temperaturen für die Maximierung der Wasserstoffperoxiderzeugung zeigt.“

Der Hauptautor Jordan Stone, der diese Forschung im Rahmen seines MRes in Umweltgeowissenschaften an der Universität Newcastle, Großbritannien, durchgeführt hat, baut eines der Experimente auf. Bildnachweis: Jon Telling / Jordan Stone / Newcastle University

Hauptforscher Dr. Jon Telling, Dozent, fügte hinzu: „Diese Forschung zeigt, dass sich Defekte an zerkleinertem Gestein und Mineralien ganz anders verhalten können, als man es von „perfekteren“ Mineraloberflächen erwarten würde. Bei all diesen mechanochemischen Reaktionen muss Wasserstoffperoxid entstehen.“ , und damit Sauerstoff, besteht aus Wasser, zerkleinertem Gestein und hohen Temperaturen, die alle auf der frühen Erde vor der Entwicklung der Photosynthese vorhanden waren und die Chemie und Mikrobiologie in heißen, seismisch aktiven Regionen beeinflusst haben könnten, in denen sich möglicherweise zuerst Leben entwickelt hat. "

Referenz: „Tectonically-driven oxidant production in the hot biosphere“ von Jordan Stone, John O. Edgar, Jamie A. Gould und Jon Telling, 8. August 2022, Nature Communications.DOI: 10.1038/s41467-022-32129-y

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.