Waarom je zuurstof eigenlijk een kosmisch toeval is

De volgende keer dat je rustig zit te ademen — en ja, die woordspeling is met opzet — stop dan even en denk hier aan: de aarde had dit bijna niet gered.

Echt waar. Ruim 2,3 miljard jaar geleden onderging onze planeet iets wat nu bekendstaat als de Grote Oxydatiegebeurtenis. Zuurstof werd voor het eerst een permanent onderdeel van onze dampkring, in plaats van sporadisch en in piepkleine hoeveelheden rond te zweven. Het was een enorme deal. Zo'n planeetbrede ommezwaai waarbij je je afvraagt hoe er ook maar iets heeft kunnen overleven.

Maar hier is het puzzelstuk waar wetenschappers jaren mee hebben geworsteld: hoe hield de aarde al die zuurstof vast nadat die enorme lading was vrijgekomen? Je kunt een planeet niet zomaar vollappen met gas en verwachten dat het er voor eeuwig blijft. Er zijn voortdurend chemische processen aan de gang die maar al te graag die kostbare zuurstof zouden willen opslokken.

Wel, onderzoekers hebben mogelijk het antwoord gevonden — en het is eigenlijk best prachtig.

De slimme truc van de oude oceaan

Een team wetenschappers, waaronder geoloog Andrey Bekker van UC Riverside, bekeek heel oude gesteenten uit Zuid-Afrika. En ik bedoel heel oud. We hebben het hier over meer dan twee miljard jaar oud. Dit zijn geen gewone stenen — het zijn eigenlijk tijdcapsules die geheimen bewaren over hoe de aarde eruitzag toen de lucht die we nu inademen nog relatief nieuw was.

Wat ze ontdekten was een terugkoppeling zo elegant dat je bijna zou denken dat de planeet dit allemaal gepland had (planeet doen niet aan planning, uiteraard, maar je snapt wat ik bedoel).

Zo werkte het:

Zodra zuurstof begon op te bouwen in de dampkring, reageerde het met de oceanen op een manier die de sulfaatconcentratie verhoogde. Sulfaat klinkt misschien niet zo opwindend als zuurstof of koolstof, maar het bleek ontzettend belangrijk. Bepaalde microben zijn namelijk dol op sulfaat. Ze gebruiken het om organisch materiaal af te breken, waarbij fosfor weer in het water terechtkomt.

Fosfor is eigenlijk de gulden middenweg van de biologische wereld — te weinig en er kan niets groeien, te veel en de boel raakt ontspoord. Maar dit oude recyclingsysteem hield fosfor precies in de juiste hoeveelheden beschikbaar.

Met meer fosfor in het water kon meer leven floreren. En hoe meer leven er was, hoe meer organische koolstof er in de zeebodem werd begraven in plaats van te worden afgebroken en al die heerlijke zuurstof te verbruiken. Het is alsof de planeet een manier vond om de zuurstof die ze had gecreëerd te beschermen door koolstof op te sluiten in plaats van het te laten verteren.

Hoe meer ik hierover leer, hoe meer ik ervan overtuigd raak dat de aarde al miljarden jarenlang some seriously indrukwekkende natuurlijke constructieprojecten draait.

Waarom dit ontdekking alles verandert

Hier wordt het echt fascinerend: de onderzoekers ontwikkelden een nieuwe techniek om deze oude gesteenten te bestuderen, waardoor ze een veel helderder beeld kregen dan voorheen mogelijk was.

Eerdere studies konden meten hoeveel fosfor er in oude gesteenten aanwezig was, maar ze konden niet onderscheiden tussen fosfor dat organismen daadwerkelijk konden gebruiken en fosfor dat opgesloten zat in mineralen, volledig ontoegankelijk voor welke levende vorm dan ook.

De nieuwe aanpak? Ze losten de stenen laagje voor laagje op, mineraal voor mineraal, en scheidden het bruikbare fosfor van het spul dat in wezen gevangen zat in steen. Dit is een enorme stap vooruit — het verschil tussen weten dat er water is op een planeet en weten hoeveel daarvan eigenlijk drinkbaar is.

"We kunnen nu het fosfor dat beschikbaar was voor organismen scheiden van fosfor dat essentieel was opgesloten," legde Bekker uit. "Dat geeft ons een veel duidelijker beeld van voedingsstofniveaus in oude oceanen dan we eerder hadden."

En eerlijk gezegd, dát is precies de wetenschappelijke vooruitgang waar ik van hou. Niet alleen een antwoord vinden, maar betere instrumenten ontwikkelen om überhaupt de juiste vragen te kunnen stellen.

De rotsachtige relatie van de aarde met zuurstof

Een van de meest tot nadenken stemmende implicaties van dit onderzoek is dat de zuurstofgeschiedenis van de aarde misschien veel dramatischer was dan we dachten.

Wetenschappers gingen ervan uit dat na de Grote Oxydatiegebeurtenis de zuurstofniveaus waarschijnlijk redelijk stabiel bleven — gewoon langzaam oplopend totdat er uiteindelijk dieren konden evolueren. Maar als dit fosfor-recyclingsysteem dit soort terugkoppelingen creëerde, dan zijn de zuurstofniveaus misschien wel enorme schommelingen doorlopen over tientallen of zelfs honderden miljoenen jaren.

Denk daar even over na. De dampkring van de aarde was niet zomaar een geleidelijke, soepele vooruitgang naar meer zuurstof. Het was waarschijnlijker een achtbaan met allerlei pieken en dalen.

En dit is belangrijk, want het roept een interessante vraag op: als zuurstof al zo lang beschikbaar was, waarom duurde het dan zo ontzettend lang voordat complex leven verscheen? We hebben deze prachtige, miljarden jaren oude oceanen vol zuurstof, maar het kostte nog eens een paar miljard jaar voordat er iets ingewikkelder dan eencellige organismen verscheen.

Misschien was zuurstof helemaal niet de beperkende factor. Misschien hield iets anders de boel tegen. Dat is het soort wetenschappelijk mysterie waar onderzoekers 's nachts van wakker liggen, en ik kan oprecht niet wachten om te zien wat ze vervolgens ontdekken.

Waarom zou jij je hier druk over maken?

Ik hoor je denken: "Leuke wetenschap, maar waarom zou me dit iets kunnen schelen?"

Hierom: begrijpen hoe de aarde condities in stand hield die geschikt waren voor leven, is eigenlijk de eerste stap om uit te puzzelen wat een planeet überhaupt bewoonbaar maakt. En als we daarboven naar potentieel bewoonbare werelden rond andere sterren zoeken, dan kan kennis over terugkoppelingsmechanismen zoals deze fosforkringloop ons helpen identificeren welke planeten mogelijk wat nodig hebben.

Bovendien is er iets diep onthutsends en adembenemends aan het besef dat onze dampkring — iets waar we letterlijk geen enkele minuut zonder kunnen — het resultaat is van miljarden jaren ingewikkelde chemische en biologische danspassen. Elke ademhaling verbindt je met oude oceanen, met microben die miljarden jaren geleden leefden, met een planeet die uit pure chemische vasthoudendheid voor zichzelf leerde zorgen.

Dat is best bijzonder als je erover nadenkt.

Dus de volgende keer dat je diep ademhaalt, geef misschien een klein knikje naar de oude oceanen die dit mogelijk maakten. Die deden het zware werk van het leefbaar houden van de aarde al lang voordat er iemand was om het te waarderen.

Bron: ScienceDaily