Ny studie: Järn var enda övergångsmetall i Jordens urhav och livsviktigt för biokemi

StockholmNyare forskning antyder att järn var den första och enda övergångsmetall som användes av det tidiga livet i Jordens urhav. Forskare från University of Michigan, California Institute of Technology och University of California, Los Angeles undersökte järnets roll i tidiga biologiska processer. De upptäckte att den stora mängden järn i de forntida, syrefria haven gjorde det svårt för det tidiga livet att använda andra övergångsmetaller.

Under Arkeiska eonen, som varade från cirka 4 miljarder till 2,5 miljarder år sedan, innehöll haven mycket av en typ av järn kallad Fe(II) som kunde lösas upp i vatten. För omkring 2,5 miljarder år sedan inträffade dock en stor händelse kallad den stora syresättningseventet. Denna händelse ledde till att syreproducerande fotosyntes förändrade havens kemi, vilket omvandlade Fe(II) till Fe(III). Som ett resultat blev järn olösligt och mindre tillgängligt för biologisk användning.

De centrala punkterna i denna studie är:

I de tidiga oceanerna på jorden var järn den mest förekommande och tillgängliga metallen. Den stora syresättningshändelsen minskade mängden tillgängligt järn och ökade tillgången på andra metaller. Livet var till en början nästan helt beroende av järn för biologiska funktioner. Efter syresättningen anpassade sig livet till att använda andra metaller för olika funktioner.

Denna forskning visar att livets tidiga molekyler hade få valmöjligheter och ofta använde järn för uppgifter som andra metaller som zink, nickel och mangan utför idag. Till exempel, medan moderna enzymer huvudsakligen använder zink, tyder data på att forntida enzymer kan ha använt järn lika effektivt. Järn var troligen avgörande under den arkeiska eran eftersom det var både rikligt och anpassningsbart.

Läs också:

Idag · 13:15

Ny forskning: Kvantfysik revolutionerar omvandling av spillvärme till elenergi med över 60 % effektivitet

Forskarna undersökte stenar och kemisk data för att avgöra hur mycket metaller som fanns i de tidiga haven. Detta visar att organismer kan anpassa sig till sin omgivning och antyder att användningen av olika metaller istället för bara järn bidrog till livets utveckling på nya sätt.

Järnets unika egenskaper kan ha snabbar på den tidiga evolutionen. Forskare upptäckte att järn kunde spela många roller i biologiska processer, vilket kanske gjorde dem snabbare. Detta kan förklara den snabba övergången från enkla mikrober till mer komplexa livsformer efter den Stora Syresättningshändelsen.

Studien tar också upp idén att livet kan förändra och anpassa sin kemi. Enzymer som idag använder andra metaller än järn kan ha utvecklat denna förmåga eftersom livet var tvunget att anpassa sig till att ha mindre järn tillgängligt. När järn blev svårare att få tag på började organismer använda andra metaller, vilket ledde till nya sätt att bearbeta energi och skapade större variation i livsformerna.

Denna studie förändrar vår förståelse av tidigt livs behov av metaller och visar hur bra biologiska system kan anpassa sig till förändringar i miljöns kemi. Den ger insikter om hur de första livsformerna hanterade sina metallrika miljöer, vilket ledde till den mångfald av liv vi ser idag.