Αερόβια επανάσταση

Όταν η ζωή στη Γη πήρε τις πρώτες ανάσες οξυγόνου

 

Η γήινη ατμόσφαιρα απέκτησε οξυγόνο αρκετά νωρίτερα από ό,τι είχε εκτιμηθεί ως σήμερα, υποδεικνύει η ανάλυση αρχαίων ωκεάνιων βυθών.

Αερόβιοι οργανισμοί που χρησιμοποιούσαν οξυγόνο στο μεταβολισμό τους υπήρχαν ήδη πριν από 2,48 δισεκατομμύρια χρόνια, τουλάχιστον 100 εκατ. χρόνια νωρίτερα από ό,τι πιστεύαμε, αναφέρουν στο περιοδικό Nature Καναδοί ερευνητές.

Όπως είχαν δείξει πέραν πάσης αμφιβολίας προηγούμενες γεωλογικές μελέτες, το οξυγόνο ουσιαστικά απουσίαζε από την ατμόσφαιρα της αρχέγονης Γης -το αέριο θα ήταν μάλιστα τοξικό για τους πρώτους μικροοργανισμούς, οι οποίοι πρέπει να ήταν αναερόβιοι.
Σύμφωνα με την κρατούσα θεωρία, το οξυγόνο της ατμόσφαιρας προήλθε από τους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς που εμφανίστηκαν αργότερα και άλλαξαν δραστικά την εμφάνιση και τη χημεία του πλανήτη.

To Μεγάλο Οξειδωτικό Συμβάν

Η ανάλυση "δίνει μια καινούργια ημερομηνία για το Μεγάλο Οξειδωτικό Συμβάν, την εποχή κατά την οποία η ατμόσφαιρα απέκτησε για πρώτη φορά οξυγόνο" σχολίασε ο Κουρτ Κονχάουζερ, γεωμικροβιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Αλμπέρτα.

Η ομάδα του Κονχάουζερ εξέτασε τη σχέση ανάμεσα στα επίπεδα οξυγόνου στην ατμόσφαιρα και τις συγκεντρώσεις χρωμίου σε πετρώματα που βρίσκονταν κάποτε στους ωκεάνιους πυθμένες.

"Προτείνουμε ότι η απότομη άνοδος στα επίπεδα του χρωμίου πυροδοτήθηκε από την οξείδωση του ορυκτού σιδηροπυρίτη στην ξηρά" αναφέρει ο ερευνητής.

Χρησιμοποιώντας το οξυγόνο που πρέπει ήδη να περιείχε η ατμόσφαιρα, "αερόβια βακτήρια διέσπασαν τον σιδηροπυρίτη, απελευθερώνοντας έτσι οξέα τα οποία διέλυσαν τα πετρώματα και τα εδάφη σε ένα κοκτέιλ μετάλλων, συμπεριλαμβανομένου του χρωμίου. Τα μέταλλα αυτά παρασύρθηκαν στη συνέχεια στους ωκεανούς με το νερό της βροχής".
"Η εξέταση των δεδομένων [...] δείχνει ότι τα επίπεδα χρωμίου αυξήθηκαν σημαντικά πριν από 2,48 δισεκατομμύρια χρόνια" εξηγεί ο Κονχάουζερ.

Όποτε κι αν συνέβη, το Μεγάλο Οξειδωτικό Συμβάν άλλαξε δραστικά τη ζωή στον πλανήτη, αφού οδήγησε στην εξόντωση πολλών αναερόβιων οργανισμών, για τους οποίους το οξυγόνο είναι δηλητήριο, και άνοιξε το δρόμο για τα σημερινά αερόβια είδη.
Τι συνέβη όμως με τους πρωτόγονους αερόβιους οργανισμούς που οξείδωσαν τον σιδηροπυρίτη ;

Όπως επισημαίνει ο Κονχάουζερ, οι οργανισμοί αυτοί ζουν και βασιλεύουν σε απομονωμένα, όξινα περιβάλλοντα.

"Οι ίδιες βακτηριακές μορφές ζωής ζουν ακόμα και σήμερα, καταναλώνοντας σιδηροπυρίτη στα όξινα απόνερα ορυχείων σε όλο τον κόσμο" είπε ο ερευνητής.

Μπορείτε να δείτε και αυτό το άρθρο

Η ζωή στη Γη οφείλει πολλά στο νικέλιο

Το οξυγόνο και κατ' επέκταση η ζωή είναι πιθανό να οφείλουν τη σημερινή ύπαρξή τους στη μείωση της ποσότητας ενός ταπεινού μετάλλου στις πανάρχαιες θάλασσες, του νικελίου, σύμφωνα με μια νέα επιστημονική έρευνα.

Ένα από τα μεγαλύτερα επιστημονικά μυστήρια είναι πως η ατμόσφαιρα του πλανήτη μας έγινε πλούσια σε οξυγόνο, κάτι που επέτρεψε την ανάδυση της ζωής όπως την ξέρουμε σήμερα.

Τώρα, νέα επιστημονικά στοιχεία ρίχνουν φως στην αινιγματική αυτή εξέλιξη που καθόρισε τη μοίρα της Γης, επιτρέποντας να εξελιχτούν σταδιακά μια μεγάλη ποικιλία από έμβιοι οργανισμοί.

Μια ομάδα ερευνητών, υπό τον Κουρτ Κονχάουζερ του καναδικού Πανεπιστημίου της Αλμπέρτα και τον Ντομινίκ Παπινό του Εργαστηρίου Γεωφυσικής του Ινστιτούτου Κάρνεγκι, παρουσίασαν μια νέα πειστική ερμηνεία του γιατί το οξυγόνο ξαφνικά άρχισε να συγκεντρώνεται στην πρώιμη ατμόσφαιρα πριν περίπου 2,4 δισ. χρόνια, όταν στη Γη εκτιμάται ότι δεν υπήρχε τίποτε πιο πολύπλοκο από μονοκύτταρα μικρόβια.

Η Μεγάλη Οξείδωση άρχισε, όπως πιστεύουν οι επιστήμονες, όταν μια ομάδα μικροβίων που καταστρέφουν το οξυγόνο, άρχισε να πεθαίνει και στη θέση της να κερδίζει έδαφος μια άλλη ομάδα μικροβίων που παρήγαγαν οξυγόνο. Η απρόσμενη αιτία γι' αυτή την καθοριστική αλλαγή ήταν η πτώση στην ποσότητα του νικελίου, η οποία οδήγησε στην αναπότρεπτη αύξηση του οξυγόνου - και στην εμφάνιση της ζωής - στον πλανήτη μας.

Η σχετική επιστημονική εργασία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό "Nature", σύμφωνα με το Γαλλικό Πρακτορείο και τον "Independent".

Μέχρι τώρα οι επιστήμονες συμφωνούσαν λίγο-πολύ ότι η αύξηση του οξυγόνου συνέβη, όταν απότομα μειώθηκαν τα επίπεδα μεθανίου στην ατμόσφαιρα, για μυστηριώδεις μέχρι σήμερα λόγους. Φαίνεται όμως πλέον πως το παζλ μπορεί να λυθεί χάρη στο "κλειδί" του νικελίου.

Οι επιστήμονες μελέτησαν τις διαχρονικές αλλαγές στα πετρώματα της Γης και στην περιεκτικότητά τους σε μέταλλα και συνειδητοποίησαν ότι το νικέλιο ήταν αυτό που είχε μειωθεί σημαντικά λίγο πριν το οξυγόνο γίνει άφθονο.

Η κυρίαρχη μορφή ζωής πριν το "Μπινγκ Μπανγκ" της Οξείδωσης ήταν τα μεθανογόνα, μονοκύτταροι οργανισμοί στους βάλτους και τις θάλασσες που δεν είχαν αναερόβια αναπνοή (δεν χρειάζονταν το οξυγόνο για να ζήσουν) και απελευθέρωναν μεθάνιο ως υποπροϊόν του μεταβολισμού τους. Οι τεράστιες ποσότητες μεθανίου που παράγονταν με αυτό τον τρόπο, εμπόδιζαν την αύξηση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου.

Τα μεθανογόνα, για να επιβιώσουν ( να συντηρήσουν τα ένζυμά τους), "κατανάλωναν" νικέλιο, το οποίο πριν από 2,7 δισ. χρόνια υπήρχε σε 400πλάσιες ποσότητες σε σχέση με την εποχή μας. Πριν από 2,5 δισ. χρόνια όμως, υπήρξε μείωση στο μισό του επιπέδου του νικελίου στους ωκεανούς.

Η συνέπεια της έλλειψης του νικελίου ήταν ότι τα μεθανογόνα άρχισαν να μειώνονται δραστικά και η παραγωγή μεθανίου να πέφτει δραματικά. Αυτή η εξέλιξη άνοιξε το δρόμο σε μια άλλη μορφή μικροοργανισμών, τα κυανοβακτήρια (γαλαζοπράσινες άλγες), που αποτελούσαν φωτοσυνθετικές μορφές ζωής. Παίρνοντας πια το πάνω χέρι, άρχισαν να μετατρέπουν το διοξείδιο του άνθρακα σε οξυγόνο και να εμπλουτίζουν τη γήινη ατμόσφαιρα σταδιακά, οδηγώντας στη γέννηση πιο πολύπλοκων μορφών ζωής με το πέρασμα του χρόνου. Το οξυγόνο σαν χημικό μόριο εξαφανίζεται σύντομα από την ατμόσφαιρα, εκτός και συνεχώς αναπαράγεται, κάτι που όντως συμβαίνει μέχρι σήμερα χάρη στη φωτοσύνθεση των φυτών.

Παρόλα αυτά παραμένει μυστήριο γιατί τα επίπεδα νικελίου μειώθηκαν τόσο πολύ πριν από 2,5 - 2,7 δισ. χρόνια. Μια πιθανή εξήγηση είναι μια σειρά από γεωλογικές μεταβολές κατά τις πρώιμες φάσεις της διαμόρφωσης της Γης. Αρχικά, η λάβα από τις εκρήξεις των πολλών ηφαιστείων, η οποία χυνόταν στις θάλασσες, ήταν πλούσια σε νικέλιο. Όταν όμως ο μανδύας του πλανήτη σταδιακά ψύχθηκε, η λάβα περιείχε πια πολύ λιγότερο νικέλιο.

H πρωτότυπη επιστημονική εργασία εδώ