Khoảng 2,4 tỷ năm trước, lượng oxy trong khí quyển bắt đầu tăng đáng kể trong sự kiện oxy hóa lớn. Sự thay đổi này gắn với hoạt động của các sinh vật quang hợp, đặc biệt là vi khuẩn lam, giải phóng oxy vào môi trường.

Đây là một bước ngoặt trong lịch sử trái đất. Oxy mở đường cho quá trình chuyển hóa năng lượng hiệu quả hơn ở nhiều sinh vật, nhưng sự gia tăng của nó cũng làm thay đổi hóa học đại dương, đất đá và khí quyển. Nhiều dạng sống kỵ khí vốn thích nghi với môi trường ít oxy phải đối mặt với điều kiện mới.

Câu hỏi quan trọng là làm thế nào Trái đất vượt qua những biến động này và duy trì điều kiện đủ ổn định để sự sống tiếp tục tiến hóa.

Một nghiên cứu vừa công bố trên tạp chí Nature Communications, được dẫn dắt bởi Giáo sư ngành Khoa học Trái đất Lewis J. Alcott, Đại học Bristol Vương quốc Anh, có sự tham gia của nhà địa chất học Andrey Bekker thuộc Đại học California, Riverside.

Phát hiện của họ cho thấy photpho, một chất dinh dưỡng thiết yếu cho sự sống, đóng vai trò trung tâm trong việc duy trì nồng độ oxy.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khi oxy đi vào đại dương Trái đất, nồng độ sulfat cũng tăng lên. Vi sinh vật sử dụng sulfat để phân hủy chất hữu cơ hiệu quả hơn, giải phóng photpho trở lại nước biển, nơi nó thúc đẩy sự phát triển sinh học mới. Nhiều sự sống hơn đồng nghĩa với việc nhiều carbon hữu cơ được chôn vùi hơn, cho phép oxy tích tụ thêm trong khí quyển và củng cố chu trình.

Để kiểm chứng ý tưởng này, Bekker và các cộng sự đã phân tích các loại đá cổ từ Nam Phi bằng một kỹ thuật mới tách photpho dựa trên các loại khoáng chất mà nó liên kết.

"Giờ đây chúng ta có thể tách photpho có sẵn cho các sinh vật khỏi photpho bị khóa chặt," Bekker nói. "Điều đó giúp chúng ta có cái nhìn rõ ràng hơn nhiều về nồng độ chất dinh dưỡng trong các đại dương cổ đại so với trước đây".

Những phát hiện này cho thấy nồng độ oxy biến động mạnh hơn sau sự kiện oxy hóa vĩ đại so với những gì các nhà khoa học từng tin tưởng. Những biến động đó có thể đã định hình lại thành phần hóa học của đại dương trong hàng chục triệu năm và ảnh hưởng đến chu trình tuần hoàn chất dinh dưỡng trong môi trường.

Hiện nay, biến đổi khí hậu đang khiến một số khu vực đại dương mất đi lượng oxy. Nếu xu hướng này tiếp tục, lượng photpho có thể lại trở nên khan hiếm, làm giảm năng suất sinh học biển và khiến hệ sinh thái biển trở nên kém bền vững hơn.

Công trình nghiên cứu này cũng có thể hỗ trợ việc tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất. Hiểu được cách oxy, chất dinh dưỡng và sự sống cùng tiến hóa trên hành tinh của chúng ta có thể giúp các nhà khoa học nhận ra những điều kiện tương tự trên các hành tinh có đại dương ở những nơi khác trong vũ trụ.