在地球形成的早期，大气中没有氧气。然而，溶解在海洋中的铁被大量氧化，形成了岩石。例如，今天在南非可以看到带状铁矿。
一项新的研究调查了各种细菌在代谢过程中是如何排出不溶性铁的。其中一些——光养型铁氧化剂——通过在阳光的帮助下氧化铁来获得能量，而另一些则通过铁与作为氧化剂的硝酸盐发生反应来获得能量。
由布里斯托尔大学的Casey Bryce博士、德国
宾根大学的地球微生物学家Verena Nikeleit博士和Andreas Kappler教授组成的一个国际研究小组对这些过程进行了研究，并提出了这样一个问题:哪些微生物在争夺铁的过程中占据了上风?竞争细菌也使用一氧化二氮，一种有毒气体。
这项研究发表在《自然地球科学》杂志上。
二三十亿年前，地球大气的组成与现在完全不同。
“当时的海洋中含有大量的还原态铁。在今天的条件下，它会很快被大气中的氧气氧化，形成生锈的铁矿物，”卡普勒解释说。尽管在地球的早期阶段没有氧气，但岩石中大量的铁沉积物表明，即使在那时，微生物也在有效地氧化铁。
“在地球上有氧气之前，光合作用的铁氧化剂形成了今天被称为带状铁矿的巨大氧化铁矿床，”该项目负责人凯西·布莱斯博士说。布莱斯曾任职于
“我们想知道这些细菌是否与其他使用硝酸盐的铁氧化剂竞争，”她补充说。这就引出了这样的问题:这些相互竞争的微生物是否真的可以共存，如果可以，它们中哪一种主要负责铁的氧化。
“为了更好地了解早期地球的情况，我们进行了实验室实验，”维伦娜·尼克莱特说，自从这项研究转移到挪威研究中心NORCE之后。
研究小组使用了每种不同铁氧化剂的一种细菌菌株，并让它们在20到30亿年前普遍存在的条件下生长，在光照下，在相同浓度的铁、硝酸盐和二氧化碳中生长。
“令我们惊讶的是，硝酸盐很快就用完了，铁被氧化了。但我们无法检测到光养型铁氧化剂对铁的氧化作用。”
分析表明，消耗硝酸盐的铁氧化剂形成一氧化二氮作为一种有毒的副产物。“这使得光养铁氧化剂的活性完全停止。换句话说，这些微生物通过产生一种有毒气体来杀死光养性铁氧化剂。”
卡普勒说:“一种假设是，在地球历史的后期阶段，光养性铁氧化剂可能对带状铁矿石的形成贡献很小。”这是因为其他微生物的活动导致地球大气中含有越来越多的氧气——一种早期的重大环境污染事件。
“这可能也到达了海洋的一些地区，在那里硝酸盐可能会形成。我们的研究结果为假设提供了第一个实验证据，即高生产力地区的光养铁氧化剂可能在这段时间内暴露于有毒的一氧化二氮。他们一定是远离了营养丰富的地区，因此无法沉积那么多铁。”
根据Casey Bryce的说法，根据研究小组的计算，硝酸盐还原细菌的铁氧化可能最初补偿了光养铁氧化剂的减少贡献。
“因此，不同细菌之间最初的竞争不会立即阻止带状铁结构的形成，”她说。需要进一步的测量和调查来获得更精确的过程图像。
“我们的研究为了解地球大气中的氧气富集如何影响海洋中的其他营养循环提供了一个视角。这说明了控制地球早期海洋生命的生物地球化学相互作用的复杂网络，”布莱斯说。
