Jorden var beroende av vissa sällsynta metaller för att liv skulle uppkomma.

 

Bild https://science.nasa.gov  Ovan visas en tidslinje över jordens historia under miljarder år. Den nya studien visar att livets utveckling använde molybden så långt tillbaka som för 3,3 till 3,7 miljarder år sedan, långt innan nivåerna av molybden i haven ökade till nutida nivåer. Andra händelser i jordens historia markeras i kontext ovan. NASA

NASA-finansierade forskare har upptäckt att livet på jorden för mer än 3 miljarder år sedan var beroende av metallen molybden vilken var otroligt sällsynt i miljön vid den tiden  På jorden idag finns mer men ändå inte i stor mängd (halten i jordskorpan är ca 14 ppm innebärande 14 miljondelar av denna). Molybden hjälper till att påskynda viktiga biokemiska reaktioner i celler. Metallen är en komponent i essentiella enzymer som driver flera stora biologiska reaktioner i organismer. Detta är inte bara viktigt för de enskilda organismerna utan även för biogeokemiska cykler, såsom kvävecykeln vilken påverkar hela vår planet. Utan molybden skulle dessa viktiga reaktioner fortfarande kunna ske i naturen men de skulle vara för långsamma för att upprätthålla liv.

"Molybden finns i det katalytiska centrumet för enzymer som driver stora kol-, kväve- och svavelreaktioner," beskriver Betül Kaçar, chef för Kaçar-laboratoriet vid University ofisconsin-Madison och huvudförfattare till studien (se nedan). Kaçar leder MUSE, ett NASA:s tvärvetenskapliga konsortia för astrobiologisk forskning (ICAR) vid UW-Madison.

"Att fråga när livet i sin linda började använda molybden är egentligen att fråga när några av de mest betydelsefulla metabola strategierna blev möjliga," beskriver Kaçar.

Molybden är nu relativt vanligt i miljön och dess knapphet är inte längre ett problem för livet. Men så var det inte alltid.

Geologiska bevis visar att endast spårmängder molybden fanns i jordens hav för miljarder år sedan. Nivåerna ökade ungefär samtidigt som mikroorganismer började använda fotosyntes, vilket så småningom ledde till en dramatisk ökning av mängden atmosfäriskt syre (för ca 2,45 miljarder år sedan). Detta är känt som den stora oxidationshändelsen och hade en djupgående effekt på livets evolution. En tidigare NASA-studie föreslog till och med att ökningen av molybden i miljön vid denna tid kan ha varit nödvändig för utvecklingen av komplext liv.

Men när började livet först använda molybden? På grund av dess knapphet på den forntida jorden har astrobiologer undrat om livet kunde ha börjat med att använda andra metaller för att påskynda vitala reaktioner. Wolfram, till exempel beter sig likadant i celler och används idag av vissa organismer som lever i extrema miljöer. Forskare har tidigare teoretiserat att livet kan ha använt volfram först och sedan utvecklats till att istället använda molybden när det blev mer tillgängligt. Men den nya studien visar att så inte nödvändigtvis var fallet.

Teamet samlade in tillgängliga data om molybdens förekomst genom tiden och rekonstruerade metallens användning längs livets grenar. De fann att även om molybden var sällsynt hittade uråldriga mikrober på jorden ändå ett sätt att använda det. Samma gäller för användningen av metallen volfram.

"Vårt arbete visar att både molybden- och volframanvändande enzymsystem har arkeiska rötter (att de fanns i jordens första eon) vilket tyder på att livets tidiga år sannolikt arbetade med båda metallerna snarare än att följa en enkel "wolfram först, molybden senare"-historia," beskriver Kaçar. "Vi hävdar att användningen av molybden är mycket äldre än många modeller antog med molekylär datering som placerar användningen av molybden tillbaka i eoarkeum till mesoarkeen, ungefär för 3,7–3,1 miljarder år sedan, långt före den stora oxidationshändelsen."

 Tidigare arbete från MUSE ICAR, publicerat 2024, identifierade vissa nischer där tidigt liv kan ha funnit förråd av molybden och andra sällsynta metaller djupt under havet. Hydrotermala ventiler på havsbotten ger spårmetaller inklusive järn, zink, koppar, nickel, mangan, vanadin, molybden, kobolt och volfram.

"Även om arkeiskt havsvatten innehöll lite löst molybden totalt sett skulle lokala system som hydrotermala källor ändå kunna ha levererat användbara mängder molybden och andra metaller," beskriver Kaçar.

Den nya studien visar att, även bland en mängd andra användbara metaller, var molybden på något sätt ett av livets första val som metallkatalysator.

"Molybden kan ha varit värt att "välja" eftersom det möjliggör katalys över ett brett spektrum av substrat och redoxförhållanden," beskriver Kaçar. "Med andra ord gjorde knapphet inte molybden oviktig dess katalytiska fördelar kan ha gjort det värt att utveckla sätt att skaffa och använda."

Studien visar hur liv kan hitta ett sätt att använda grundämnen i miljön, även om de är sällsynta, och påminner oss om att vi i jakten på liv bortom jorden måste vara förberedda på möjligheter vi ännu inte har övervägt. Studien publicerades nyligen i Nature Communications.