Peneliti telah menentukan bagaimana kadar jejak nikel dan urea menghambat penumpukan oksigen di atmosfer Bumi selama lebih dari satu miliar tahun. Eksperimen mereka menunjukkan bahwa senyawa ini membatasi pertumbuhan sianobakteri hingga kondisi berubah, memicu Peristiwa Oksidasi Besar sekitar 2,1 hingga 2,4 miliar tahun yang lalu. Temuan ini menawarkan wawasan tentang kimia Bumi awal dan biosignatur potensial di planet lain.
Peristiwa Oksidasi Besar (GOE), yang terjadi sekitar 2,1 hingga 2,4 miliar tahun yang lalu, mengubah atmosfer Bumi dengan memungkinkan oksigen terakumulasi dan mendukung kehidupan kompleks. Namun, fotosintesis oksigenik oleh sianobakteri telah berevolusi ratusan juta tahun sebelumnya, namun kadar oksigen atmosfer tetap rendah untuk waktu yang lama. Para ilmuwan lama bingung dengan penundaan ini, mengeksplorasi faktor seperti emisi vulkanik dan penyerap kimia, tetapi tidak ada yang sepenuhnya menjelaskannya.
Sebuah tim yang dipimpin oleh Dr. Dilan M. Ratnayake dari Institute for Planetary Materials di Okayama University, Jepang—sekarang di Department of Geology, University of Peradeniya, Sri Lanka—menyelidiki peran senyawa jejak nikel dan urea dalam pertumbuhan sianobakteri. Kolaborator termasuk Profesor Ryoji Tanaka dan Eizo Nakamura. Studi mereka, yang diterbitkan di Communications Earth & Environment pada 2025, merekonstruksi kondisi Bumi Arkean dari 4 hingga 2,5 miliar tahun yang lalu melalui eksperimen laboratorium.
Dalam eksperimen pertama, campuran amonium, sianida, dan senyawa besi diekspos ke cahaya UV-C, mensimulasikan radiasi pra-lapisan ozon, untuk menguji pembentukan urea alami. Yang kedua melibatkan penanaman sianobakteri (Synechococcus sp. PCC 7002) di bawah siklus cahaya yang bervariasi dengan konsentrasi nikel dan urea yang berbeda, mengukur pertumbuhan melalui kepadatan optik dan kadar klorofil-a.
Hasil menunjukkan bahwa nikel dan urea tinggi di Arkean awal membatasi mekarnya sianobakteri, mencegah pelepasan oksigen yang berkelanjutan. Seperti yang dijelaskan Dr. Ratnayake, "Nikel memiliki hubungan yang kompleks namun menarik dengan urea terkait pembentukannya serta konsumsi biologisnya, sementara ketersediaan ini pada konsentrasi lebih rendah dapat menyebabkan proliferasi sianobakteri." Penurunan nikel dan stabilisasi urea memungkinkan sianobakteri berkembang biak, mendorong akumulasi oksigen dan GOE.
Dr. Ratnayake mencatat implikasi yang lebih luas: "Menghasilkan oksigen akan menjadi tantangan besar jika kita pernah mengkolonisasi planet lain. Oleh karena itu, kami berusaha memahami bagaimana mikroba kecil, sianobakteri, mampu mengubah kondisi Bumi untuk membuatnya cocok bagi evolusi kehidupan kompleks, termasuk milik kita." Ia menambahkan, "Jika kita dapat memahami dengan jelas mekanisme untuk meningkatkan kandungan oksigen atmosfer, itu akan menerangi deteksi biosignatur di planet lain. Temuan ini menunjukkan bahwa interaksi di antara senyawa anorganik dan organik memainkan peran krusial dalam perubahan lingkungan Bumi, memperdalam pemahaman kita tentang evolusi oksigen Bumi dan dengan demikian kehidupan di atasnya."
Wawasan ini dapat memberi informasi bagi misi pengembalian sampel Mars dan pencarian kehidupan di eksoplanet dengan menyoroti bagaimana keseimbangan kimia memengaruhi oksigenasi.