Schon vor Beginn der "Sauerstoffkatastrophe" war die Erde von Organismen bewohnt, die Sauerstoff für ihre Bedürfnisse nutzen konnten.
Molekularer Sauerstoff macht heute einen bedeutenden Anteil der Erdatmosphäre aus, aber das war nicht immer so. In den ersten Stadien der Existenz des Planeten fehlte es in der Luft. Und es ist toll: Dieses aktive Oxidationsmittel ist tödlich für die biochemischen Bestandteile der Zelle, und mit seinem Auftreten mussten die meisten lebenden Organismen komplexe Abwehrsysteme entwickeln.
Gleichzeitig wird angenommen, dass das Auftreten von freiem Sauerstoff in der Atmosphäre das Ergebnis ihrer eigenen Aktivitäten ist. Es hob sich von alten Organismen ab und begann sich bald schnell in der Luft anzusammeln. Für die Lebenden war dies eine schwere Prüfung, nicht umsonst wurde das Ereignis als „Sauerstoffkatastrophe“bezeichnet. Sie begann vor mehr als 2 Milliarden Jahren und erreichte laut neuesten Daten vor 1,2 Milliarden Jahren ihren Höhepunkt (sprich: „Revolution verschoben“).
Eine neue Studie zeigt jedoch, dass die Ansammlung von Sauerstoff Hunderte von Millionen Jahren begonnen haben könnte, bevor eine nennenswerte Menge davon in der Atmosphäre auftauchte. Dieses Gas, das verschiedene Regionen der Weltmeere sättigte, schuf eine Art "Sauerstoffoasen", in denen sich mikroskopisch kleine Organismen entwickelten, die lernten, in Gegenwart eines sehr geringen Sauerstoffgeh alts zu existieren.
Während Laborexperimenten gelang es der Gruppe von Roger Summons (Roger Summons) zu zeigen, dass Hefe (die sich sowohl in Gegenwart von Sauerstoff als auch ohne Sauerstoff gleichermaßen frei fühlt) in der Lage ist, gemäß dem „Sauerstoffszenario“zu leben und produzieren die entsprechenden Stoffe auch bei extrem geringer Sauerstoffkonzentration in der Umgebung. Dies deutet den Autoren zufolge darauf hin, dass sich die alten Vorfahren der Hefe unter ähnlichen Bedingungen entwickelt haben könnten, da sie Mechanismen zur effizienten Nutzung der kleinsten im Ozeanwasser gelösten Sauerstoffmengen gefunden hatten. Lange bevor die Menge dieses Gases in der Atmosphäre bemerkbar wurde.
Die von Wissenschaftlern geleistete Arbeit könnte sich als entscheidend für die Beilegung von Streitigkeiten erweisen, die in den letzten zehn Jahren nicht abgeklungen sind. Tatsache ist, dass Forscher vor etwa zehn Jahren ur alte Sedimentgesteine gefunden haben, die Spuren von Steroiden enth alten – ein Schlüsselbestandteil der Zellmembranen moderner Organismen. Die Synthese dieser Moleküle erfordert jedoch eine beträchtliche Menge an Sauerstoff – um beispielsweise ein Molekül Styrol herzustellen, müssen 10 Moleküle O2 verbraucht werden. Gleichzeitig liegt das Alter der entdeckten Gesteine 300 Millionen Jahre vor dem Datum der Sauerstoffkatastrophe. Einige Experten werteten dies daher als Hinweis darauf, dass die Katastrophe einem früheren Zeitraum zuzuordnen sei, während andere unter Verweis auf die Tatsache, dass es keine anderen eindeutigen Beweise dafür gebe, darauf bestehen, dass solch weitreichende Schlussfolgerungen gezogen werden sollten auf einer einzigen Tatsache beruhen, wäre falsch.
Neue Arbeiten helfen, das Missverhältnis zu erklären: Sie zeigen, dass Sauerstoff, der vor der Sauerstoffkatastrophe nur in äußerst geringen Mengen vorhanden war, bereits von einigen lebenden Organismen genutzt werden konnte und Spuren in ihrer Biochemie – und damit in – hinterließ die ältesten Sedimente.
Um die Logik der Wissenschaftler besser zu verstehen, lassen Sie uns ein wenig mehr über ihre Experimente sprechen. Tatsache ist, dass Hefe in Gegenwart von Sauerstoff diesen perfekt nutzt und auf der Basis von Zuckern verschiedene Substanzen, einschließlich Ergostyrol, synthetisiert. In Abwesenheit von Sauerstoff fühlen sie sich nicht schlechter und "sch alten" auf ein anderes Stoffwechselregime um - unter solchen Bedingungen müssen sie jedoch Ergostyrol von außen erh alten. Die Autoren der Arbeit suchten im Zuge ihrer Experimente nach dem minimalen Sauerstoffgeh alt, bei dem die Hefe von einem anaeroben, sauerstofffreien Regime auf ein aerobes „umsch altet“.
Hierfür wurden Hefezellen in einem Nährmedium kultiviert, das alle notwendigen Substanzen enthielt, darunter Ergostyrol und Glucose, deren Moleküle mit dem Kohlenstoffisotop 13 markiert waren
S. Wie erwartet nutzte die Hefe, da sie keinen Zugang zu Sauerstoff hatte, aktiv Ergostyrol, das aus dem Nährmedium absorbiert wurde, und produzierte es nicht aus markierter Glucose. Dann begannen die Autoren allmählich, extrem langsam, Sauerstoff in das System einzuführen. Irgendwann kam es zur „Umstellung“: Die Hefe begann, Ergostyrol selbst zu synthetisieren, und es enthielt Kohlenstoff-13-Isotope.
Alles ist zu erwarten, bis auf eine Sache: Das "Sch alten" fand mit überraschend geringen Mengen an verfügbarem Sauerstoff statt, in der Größenordnung von Nanomol - ein paar Molekülen. Dies deutet darauf hin, dass Hefe und möglicherweise andere eukaryotische Organismen in der Lage sind, Sauerstoff in sehr, sehr geringen Konzentrationen zu verwenden. Die Mindestgrenze ist so niedrig, dass sich kaum jemand hätte vorstellen können.
Auf dieser Grundlage können wir uns folgendes Bild der fernen Vergangenheit vorstellen. Photosynthetische Organismen produzieren seit Milliarden von Jahren Sauerstoff, der als hochaktives Oxidationsmittel schnell mit Gesteinen auf der Erdoberfläche reagierte und extrem langsam das Wasser der Weltmeere sättigte. Es oxidierte beeindruckende Mengen an Eisen und Sulfiden. Viele Jahre war seine Anwesenheit unsichtbar, aber die ersten Organismen tauchen bereits auf, die es für ihren Stoffwechsel nutzen können. Sie verlangsamten die Anreicherung von Sauerstoff und verzögerten den Beginn einer Sauerstoffkatastrophe, bis schließlich der Moment der Sättigung kam. Seitdem begann sein Geh alt in der Atmosphäre schnell zu wachsen - und erst dann wurde unser Planet zu dem, was wir ihn heute kennen.
Laut Pressemitteilung des MIT News Office
