Hulumtimi në Liqenin Superior zbulon se si mund të ketë qarkulluar squfuri në oqeanet e lashta të Tokës

Gjeokimisti Alexandra Phillips ka squfur në mendjen e saj. Elementi i verdhë është një makronutrient jetik dhe ajo po përpiqet të kuptojë se si qarkullon nëpër mjedis. Në mënyrë të veçantë, ajo është kurioze për ciklin e squfurit në oqeanin e lashtë të Tokës, rreth 3 miliardë vjet më parë.

Për fat të mirë, ujërat e varfër me lëndë ushqyese të Liqenit Superior ofrojnë një vështrim të mirëpritur në të kaluarën. “Është vërtet e vështirë të shikosh miliarda vjet pas”, tha Phillips, një ish-kërkues postdoktoral në UC Santa Barbara dhe Universitetin e Minesotës, Duluth. “Pra, kjo është një dritare e madhe.” Ajo dhe bashkautorët e saj kanë zbuluar një lloj të ri cikli squfuri në liqen. Gjetjet e tyre, të publikuara në Limnology and Oceanography , përqendrojnë vëmendjen në rolin që komponimet organike të squfurit luajnë në këtë cikël biogjeokimik.

Joni i sulfatit (SO 4 ) është forma më e zakonshme e squfurit në mjedis dhe një përbërës kryesor i ujit të detit. Në fundet e oqeaneve dhe liqeneve, ku oksigjeni bëhet i padisponueshëm, disa mikrobe sigurojnë jetesën e tyre duke e kthyer sulfatin në sulfid hidrogjeni (H2S ) .

Fati i këtij sulfidi hidrogjeni është kompleks; mund të konsumohet shpejt nga mikroorganizmat gjatë frymëmarrjes, ose mund të mbahet në sedimente për miliona vjet. Shndërrimi i sulfatit në sulfid hidrogjeni është një profesion i nderuar nga koha; Provat gjenomike sugjerojnë se mikrobet e kanë bërë këtë për të paktën 3 miliardë vjet.

Por shkencëtarët besojnë se sulfati nuk u bë i bollshëm deri rreth 2.7 deri në 2.4 miliardë vjet më parë, kur aktiviteti fotosintetik i cianobaktereve të sapoevoluara filloi të pomponte sasi masive të oksigjenit në oqean dhe atmosferë. Pra, ku po merrnin sulfatin e tyre këto mikrobe të lashta?

Duke menduar mbi këtë telash, Phillips e ktheu vëmendjen e saj drejt squfurit organik, molekula në të cilat squfuri është i lidhur me një përbërje karboni. Këto përfshijnë sulfolipidet dhe aminoacidet e squfurit. Në oqeanin modern, sulfati është pothuajse një milion herë më i bollshëm se squfuri organik. “Por në një sistem ku nuk ka shumë sulfate, papritmas squfuri organik ka shumë më tepër rëndësi,” tha ajo.

“Për një kohë të gjatë, mendimi ynë dominohej nga ajo që mund të mësojmë nga oqeanet moderne, të cilat janë të pasura me sulfate,” tha autori i vjetër Sergei Katsev, një profesor në Observatorin e Liqeneve të Mëdha të Universitetit të Minesotës. Katsev shërbeu si shkencëtar i lartë i projektit. “Megjithatë, të kuptuarit e Tokës së hershme kërkon shikimin e proceseve që dalin kur sulfati është i pakët, dhe këtu squfuri organik mund të ndryshojë të gjithë paradigmën.”

Ndodh që Liqeni Superior ka shumë pak sulfate, gati një mijë herë më pak se oqeani modern. “Për sa i përket sulfatit, Liqeni Superior duket shumë më afër oqeanit miliarda vjet më parë dhe mund të na ndihmojë të kuptojmë proceset që nuk mund të kthehemi prapa në kohë për t’i vëzhguar drejtpërdrejt,” tha Phillips. Oqeanet e hershme kishin shumë pak sulfate sepse kishte shumë më pak oksigjen të lirë në dispozicion për të formuar SO4 .

Liqeni i madh shërben si një analog për oqeanin e lashtë, duke i mundësuar Phillips-it të shohë se si mund të ketë qenë cikli i squfurit në atë kohë nën kimi të ngjashme. Ajo kishte tre pyetje në mendje:

Nëse po ndodh reduktimi i sulfatit, cilët mikrobe janë përgjegjës?
Nëse squfuri organik po e ushqen këtë proces, cilat lloje të përbërjeve preferojnë mikrobet?
Dhe, çfarë ndodh me sulfurin e hidrogjenit që prodhohet?
Phillips dhe bashkëpunëtorët e saj u nisën drejt Liqenit Superior për të gjurmuar squfurin organik nga burimi në lavaman. Ekipi mori mostrat e ujit dhe sedimentit përsëri në laborator për analiza nga dy vende: një me oksigjen të bollshëm në sediment dhe tjetri pa. Reduktimi i sulfatit zakonisht ndodh në pjesët anoksike të mjedisit. Oksigjeni është një burim i madh, kështu që organizmat preferojnë të përdorin oksigjen në vend të sulfatit kur munden. Ekipi përdori metagjenominë e armëve të gjahut për të kërkuar mikrobe me gjene të përfshira në reduktimin e sulfatit. Dhe ata gjetën shumë, pikërisht në shtresën ku nivelet e sulfatit arritën kulmin në sediment. Në total, ata identifikuan tetë takson që reduktojnë sulfate.

Studiuesit më pas u nisën për të përcaktuar se çfarë llojllojshmërie të squfurit organik preferonin mikrobet. Ata dhanë forma të ndryshme të squfurit organik për të ndarë komunitetet mikrobiale dhe vëzhguan rezultatet. Autorët zbuluan se mikrobet prodhonin shumicën e sulfatit të tyre nga sulfolipidet, në vend të aminoacideve të squfurit. Megjithëse ky proces kërkon pak energji, është shumë më pak nga sa mund të marrin mikrobet nga reduktimi i mëpasshëm i sulfatit në sulfid hidrogjeni.

Jo vetëm që sulfolipidet ishin të preferuara për këtë proces, ato ishin gjithashtu më të bollshme në sediment. Sulfolipidet prodhohen nga komunitete të tjera mikrobiale dhe lëvizin në fund të liqenit kur vdesin.

Me përgjigjet “kush” dhe “si”, Phillips e ktheu vëmendjen te fati i sulfurit të hidrogjenit. Në oqeanin modern, sulfuri i hidrogjenit mund të reagojë me hekurin për të formuar pirit. Por mund të reagojë edhe me molekulat organike, duke prodhuar komponime organike të squfurit. “Dhe ne zbuluam se ka një ton të sulfurit të lëndës organike në liqen , gjë që është vërtet befasuese për ne,” tha ajo. “Squfuri organik jo vetëm që nxit ciklin e squfurit si një burim, por është gjithashtu një fundosje eventuale për sulfurin e hidrogjenit”.

Ky cikël – nga squfuri organik te sulfati te sulfidi i hidrogjenit dhe mbrapa – është krejtësisht i ri për studiuesit. “Shkencëtarët që studiojnë sistemet ujore duhet të fillojnë të mendojnë për squfurin organik si një lojtar qendror,” tha Phillips. Këto komponime mund të nxisin ciklin e squfurit në mjedise të varfëra me lëndë ushqyese si Liqeni Superior, apo edhe oqeani i lashtë.

Ky proces mund të jetë gjithashtu i rëndësishëm në sistemet me sulfate të lartë. “Çiklistja organike e squfurit, si ajo që shohim në Liqenin Superior, është ndoshta kudo në sedimentet detare dhe të ujërave të ëmbla. Por në oqean sulfati është aq i bollshëm sa sjellja e tij mbulon shumicën e sinjaleve tona,” tha autori i vjetër Morgan Raven, një biogjeokimist në UC Santa Barbara. “Puna në Liqenin Superior me përmbajtje të ulët sulfate na lejon të shohim se sa dinamik është në të vërtetë cikli organik sedimentar i squfurit.”

Squfuri organik duket se shërben si një burim energjie për komunitetet mikrobike, si dhe ruan karbonin organik dhe fosilet molekulare. Të kombinuar, këta faktorë mund të ndihmojnë shkencëtarët të kuptojnë evolucionin e mikroorganizmave të hershëm që qarkullojnë squfur dhe ndikimin e tyre në kiminë e Tokës.

Disa nga reaksionet më të hershme biokimike ka të ngjarë të përfshijnë squfur, shtoi Phillips. “Ne jemi shumë të sigurt se squfuri ka luajtur një rol të rëndësishëm në metabolizmin vërtet të hershëm.” Një kuptim më i mirë i ciklit të squfurit mund të sigurojë njohuri se si format e hershme të jetës e shfrytëzonin këtë lloj kimie redoks.