Nguồn gốc của oxy trên Trái Đất

Nửa phần đầu của lịch sử Trái Đất hoàn toàn không có oxy, nhưng điều đó không đồng nghĩa với việc không có sự sống.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nguồn gốc của oxy trên Trái Đất Nguồn gốc của oxy trên Trái Đất Nửa phần đầu của lịch sử Trái Đất hoàn toàn không có oxy, nhưng điềuđó không đồng nghĩa với việc không có sự sống. Hiện vẫn có rất nhiều tranhcãi với những yếu tố sinh học chính trong thế giới “tiền oxy” và các nhànghiên cứu đang tìm kiếm đầu mối từ những lớp đá trầm tích lâu đời nhấttrên hành tinh của chúng ta. Hầu hết các nhà khoa học tin rằng lượng oxy tồn tại trong khí quyển khôngđáng kể cho đến 2,4 tỷ năm trước, khi Sự kiện ôxy hóa vĩ đại (GOE) xảy ra. Sự nhảyvọt về nồng độ oxy chủ yếu là do vi khuẩn xyano – loài vi khuẩn quang hợp thở raoxy. Khi nào và làm thế nào loài vi khuẩn thở ra oxy này xuất hiện vẫn chưa đượcbiết rõ, do thực tế rằng sự kiện GOE là giao lộ của sự đóng băng toàn cầu, sự biếnđộng khoáng vật và sự phát triển dồi dào của các loài mới.biết nguyên nhân là gì và hậu quả là gì. Một số sự kiện xảy ra cùng một lúc, do đócâu chuyện vẫn không rõ ràng”. Để giúp giải quyết câu hỏi địa lý này, Papineauđang nghiên cứu sự hình thành sắt tập hợp hay BIFs (banded iron formations), đátrầm tích hình thành tại đáy các vùng biển cổ đại.Nghiên cứu của Papineau, do Chương trình sinh vật học tiến hóa của NASA tài trợ,tập trung vào những khoáng chất nhất định bên trong BIFs có thể liên quan chặtchẽ đến sự sống (và cái chết) của vi khuẩn cổ đại Tìm hiểu BIFs Khoáng chất sắt trong BIFs là nguồn quặng sắt lớn nhất trên thế giới. Tuynhiên, loại đá này có giá trị hơn nhiều ngoài việc chế tạo thép. Các nhà địa lý họckhai thác chúng vì ghi chép lịch sử phong phú kéo dài từ 3,8 tỷ đến 0,8 tỷnăm trước.Tuy nhiên, nguồn gốc của BIF lâu đời nhất vẫn là một bí ẩn. Các nhà khoa học chorằng chúng cần đến sự hỗ trợ của sinh vật để có thể hình thành, nhưng sinh vậtnào? Những loài vật biển đơn bào không để lại xương hoặc vỏ để chúng ta có thểtìm hiểu, nhưng Papineau cho rằng vẫn có thể có khoáng chất hoặc hóa thạch địahóa trong BIFs. Ông và các đồng nghiệp đã phát hiện vật liệu cácbon trong BIFs liên quan đến apatit, một loại khoáng chất photphat thường có liên hệ chặt chẽ với sinh học. Điều này có nghĩa rằng những gì hình thành nên BIF vẫn nằm trong chính thành phẩm của chúng. Banded ironformation Để kiểm chứng điều này, nhóm nghiên cứu của(BIF).(Ảnh: Paul Papineau sẽ nghiên cứu cácbon trong BIF và so sánh nó vớiHoffman, Đại học các khoáng chất cácbon khác có nguồn gốc không sinh học,Harvard) bao gồm khoáng chất được tìm thấy trong một thiên thạchsao Hỏa. Andreas Kappler thuộc Đại học Tuebingen tại Đức, người không tham giavào nghiên cứu, cho biết: “Nghiên cứu này có tiềm năng chứng minh rằng sinh khốivi khuẩn được liên kết và lắng đọng cùng với khoáng chất sắt”. Sự xuất hiện sớm của vi khuẩn thở ra oxy Rất có thể những vi khuẩn hình thành nên BIF chính là vi khuẩn xyano,vì oxy từ những vi khuẩn này khiến sắt bị oxy hóa trong các vùng biển trướcsự kiện GOE. Nhưng nếu vi khuẩn xyano xuất hiện trước GOE từ lâu, tại sao nó cần đếnhàng trăm triệu năm để lượng oxy do chúng thở ra tích lại trong khí quyển? Papineau và các đồng nghiệp có thể đã tìm ra một phần của câu trả lời trongbối cảnh giao thao phức tạp giữa sinh vật học và địa lý học. Oxy từ vi khuẩn xyano có thể đã bị phá hủy do sự vượt trội của mêtan. Hailoại khí này phản ứng với nhau để tạo ra cácbon đioxit và nước. Papineau giải thích: “Oxy không thể tích lũy trong môi trường giàu mêtan”. Mêtan được cho là có nguồn gốc từ vi khuẩn gọi là methanogens, chúnggiải phóng mêtan sau khi tiêu thụ cácbon đioxit và hydro. Trong trường hợp này, methanogen và vi khuẩn xyano chia sẻ vùng biển cổđại, nhưng methanogens chiếm ưu thế - sự giải phóng mêtan của chúng kiềm chếoxy, và làm ấm hành tinh qua tác động nhà kính. Tuy nhiên cho đến gần thời điểmGOE, những sinh vật này bắt đầu mất dần, và oxy từ vi khuẩn xyano lấp đầy khíquyển đã cạn kiệt mêtan. Thiếu kền Nối kết sự kiện GOE với sự giảm sút của methanogen đã từng được đề cậpđến trước đây, nhưng có rất ít bằng chứng củng cố cho giả thuyết này. Tuy nhiên,gần đây Papineau và các đồng nghiệp đã báo cáo trên tạp chí Nature rằng nồng độkền trong BIFs giảm đáng kể khoảng 2,7 tỷ năm trước. Nồng độ kền trong biển giảm 50% ngay trước khi GOE xảy ra. Điều này có ýnghĩa quan trọng vì methanogens phụ thuộc vào kền: đó là nguyên liệu trung tâmcho các enzim trao đổi chất tham gia vào quá trình hình thành mêtan. Khi nồng độkền giảm, methanogens bị “đói”. Tình huống khan hiếm kền khiến sự phát triển tiền GOE của vi khuẩn xyanotrở nên hợp lý hơn, nhưng vẫn cần nhiều bằng chứng hơn nữa để khẳng định điềunày. Kappler tin rằng nghiên cứu nguồn gốc của BI ...