یک نظریه جدید برای انقلاب اکسیژنی زمین

محققان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) نظریه جدیدی را برای توضیح رویداد بزرگ اکسیژن رسانی زمین یا انقلاب اکسیژنی زمین عرضه کردند که مهم ترین تغییر در تاریخ سیاره زمین را آشکار می کند.
به گزارش عاشق وب به نقل از ایسنا و به نقل از آی ای، محققان موسسه فناوری ماساچوست(MIT) نظریه جدیدی را برای توضیح چگونگی تجمع اکسیژن در جو زمین عرضه کرده اند.
میلیاردها سال پیش از تولد نخستین انسان ها، جو زمین فاقد اکسیژن مورد نیاز ما برای بقا بوده است و تنها بعضی از موجودات میکروبی از فتوسنتز برای تولید مقداری اکسیژن استفاده می کردند. با این وجود، مقادیر اکسیژن ساخته شده برای پشتیبانی از خیلی از اشکال حیات کافی نبوده است و از حدود ۲.۳ میلیارد سال پیش، سطح اکسیژن در اتمسفر زمین آغاز به تجمع کرده، اما علل آن هنوز ناشناخته است.
رویداد بزرگ اکسیژن رسانی(GOE)
در اوایل تاریخ زمین، تولیدکنندگان و مصرف کنندگان اکسیژن در این سیاره تعادل خویش را به نحوی حفظ می کردند که اکسیژن کمی در جو باقی می ماند. با این وجود، دو رویداد در دوره “پیشین زیستی دیرینه(Paleoproterozoic) و دوره “پیشین زیستی نو”(Neoproterozoic) رخ داد که سطح اکسیژن طی آنها از سطوح پایین به سطوح بسیار بالاتری که زمین امروزی دارد، رسید.
رویداد بزرگ اکسیژنی(Great Oxygenation Event) یا “انقلاب اکسیژنی”(Oxygen Revolution) پدیده پیدایش گاز اکسیژن در جو زمین در اثر عوامل زیستی است.
پژوهش های زمین شناسی، شیمیایی و ایزوتوپی، تاریخ این دگرگونی بزرگ را نزدیک به دو میلیارد و سیصد میلیون سال پیش نشان می دهند. در آن زمان از پیدایش سیانوباکترها حدود ۲۰۰ میلیون سال می گذشت و آنها از طریق فتوسنتز سرگرم آزادسازی اکسیژن بودند، ولی تا قبل از آغاز این رویداد بزرگ، همه ی اکسیژن آزاد شده از طریق مواد آلی و آهن محلول در محیط و شاید هم توسط هیدروژن موجود در هواکره باردیگر جذب می شد. اشباع این ظرفیت ها رفته رفته سبب ورود روز افزون و آغاز انباشته شدن اکسیژن در جو زمین و شروع این رویداد بزرگ شد.
اکسیژن می تواند برای اندامگان بی هوازی و بی هوازی الزامی مسموم کننده یا حتی کشنده باشد. این رویداد سبب محو بی هوازی ها شد و ازاین رو از یک نگاه میتوان اظهار داشت که سیانوباکترها مسئول یکی از بزرگترین انقراض ها در تاریخ زمین بوده اند. از طرفی، اکسیژن آزاد در هوا در برخورد با گاز متان که یک گاز گلخانه ای است، باعث “یخبندان هورونی” شد که شاید بزرگترین یخبندان در تاریخ زمین بوده باشد. در نهایت، این فسفرگیری اکسایشی و اندامگان هوازی بودند که با فرگشت خود و مصرف اکسیژن، حالت تعادلی را که تا امروز ادامه دارد، به وجود آوردند. این پدیده افزون بر سایر پدیده های زیستی حیرت دوچندان دانشمندان در مورد پیدایش این سیاره خاکی را به دنبال داشته است.
دوره “پیشین زیستی دیرینه” یک دوران زمین شناسی است که در ابتدای اَبَردوران(ائون) پیشین زیستی قرار داشت. پیشین زیستی دیرینه هنگامی است که قاره ها برای اولین بار تثبیت شدند. پیشین زیستی دیرینه از ۲.۵ میلیارد تا ۱.۶ میلیارد سال پیش را در برمی گیرد.
شواهد نشان داده است حدود ۱.۸ میلیارد سال پیش، به علت سرعت متفاوت چرخش زمین، هر سالِ زمین حدود ۴۵۰ روزِ ۲۰ ساعته داشت.
قبل از ورود و افزایش اکسیژن در جو زمین، جانداران باید می توانستند بدون اکسیژن زندگی کنند و دگرگشت حیات، متکی بشکلی از تنفس یاخته ای بود که احتیاج به اکسیژن نباشد. به این موجودات اندامگان بی هوازی گفته می شود. اکسیژن برای آنها سمی به حساب می آید و بیشتر این جانداران بعد از رویداد بزرگ اکسیژنی منقرض شدند. پیدایش جانداران گروه یوکاریوت های تاج که نیای یوکاریوت های امروزی هستند، در دوره پیشین زیستی دیرینه بوده است.
پیشین زیستی نو نیز به اواخر اَبَردوران پیشین زیستی گفته می شود. پیشین زیستی نو از یک میلیارد سال پیش تا ۵۴۱ میلیون سال پیش را دربرگرفته و شامل سه دوره “تونین “(یک میلیارد تا ۸۵۰ میلیون سال پیش)، “کریوژنین”(۸۵۰ تا ۶۳۰ میلیون سال پیش) و “ادیاکاران”(۶۳۵ تا ۵۴۱ میلیون سال پیش) است.
شدیدترین یخ بندان ثبت شده در زمین شناسی، در دوره کریوژنین رخ داده است به صورتی که صفحه های یخ به استوا هم رسیده اند و امکان دارد زمین گوی برفی شکل گرفته باشد. اولین فسیل های جانوران از دوره ادیاکاران یافته شده اند که شامل جانداران چندیاخته ای هم می شوند.
“گرگوری فورنیه” دانشیار ژئوبیولوژی در دپارتمان علوم زمین، جو و سیاره MIT و همکارانش معتقدند که این جهش ها در سطح اکسیژن نتیجه تغییرات تدریجی نبوده است. در عوض، یک حلقه بازخورد مثبت وجود داشته که در اقیانوس ها فعال گشته است.
به قول “فورنیه” و تیمش، کربن آلی که تجزیه آن که اکسیداسیون هم نامیده می شود، در شرایط عادی اکسیژن مصرف می کند، احتمالاً در این فواصل که منجر به تجمع اکسیژن می شود در دسترس مصرف کنندگان نبوده است. از آنجاییکه حیات در اقیانوس ها وجود داشت، محققان میکروب های دریایی و مواد معدنی موجود در رسوبات اقیانوس ها را بررسی کردند تا تعیین کنند که آیا چنین وضعیتی امکان دارد حاکم بوده باشد یا خیر.
آنها فرض کردند که اگر میکروب های موجود در این محیط ها بتوانند مواد آلی را تا حدی اکسید کنند، ماده آلی نیمه اکسید شده(POOM) بگونه ای به مواد معدنی متصل می شود که از اکسیداسیون بیشتر آنها جلوگیری می کند و اکسیژنِ استفاده نشده در این فرایند، به اتمسفر راه یافته است.
ریزموجودی که باید از آن تشکر کنیم
محققان برای تأیید فرضیه خود، به شناسایی و بررسی ریزموجودات یا میکروارگانیسم هایی پرداختند که می توانند ماده آلی نیمه اکسید شده(POOM) ایجاد کنند و یک گروه باکتری به نام “SAR۲۰۲” را یافتند که می تواند با استفاده از آنزیمی به نام “باید-ویلیگر مونواکسیژناز”(Baeyer-Villiger monooxygenase) یا “BVMO” به این موفقیت برسد.
محققان با ردیابی منشأ ژنتیکی این آنزیم دریافتند که اجداد این باکتری در واقع پیش از انقلاب اکسیژنی وجود داشته اند. جالب اینجاست که این ژن در زمانی که سطح اکسیژن افزایش پیدا کرده، توسط چندین گونه باکتری در دوران “پیشین زیستی دیرینه” و همینطور “پیشین زیستی نو” به دست آمده است.
در حالیکه این یافته ها و همبستگی های میان آنها از نظریه جدید محققان MIT پشتیبانی می کند، محققان باید کار گسترده ای را برای یافتن موارد لازم برای اثبات آن انجام دهند.
جزئیات این نظریه در مجله Nature Communications انتشار یافته است.

منبع: عاشق وب