زمین کی شروع به نفس کشیدن کرد؟

ایسنا: پیش از این عنوان شده بود که در دو میلیارد سال نخست از حیات 4.5 میلیارد ساله زمین، سطح اکسیژن در جو بسیار پایین بوده است و اولین نشانه‌های میزان کافی اکسیژن در جو به حدود 2.3 میلیارد سال قبل و در دوره‌ای موسوم به رویداد اکسایش بزرگ (Great Oxidation Event) باز می‌گردد. به گفته محققان، این جهش در سطح اکسیژن ناشی از سیانو باکتری‌ها (cyanobacteria) بوده است. در تحقیقات اخیر با بررسی ذخایر سنگ‌ای باستانی عنوان شده بود که احتمالا اکسیژن به طور موقت در 2.6 تا 2.7 میلیارد سال قبل در جو زمین وجود داشته است. اما جدیدترین مطالعه صورت گرفته توسط محققان کانادایی این زمان را عقب‌تر برده و نشان می‌دهد، جو زمین در حدود سه میلیارد سال قبل دارای اکسیژن بوده است که این زمان 600 میلیون سال قبل‌تر از رویداد اکسایش بزرگ است؛ بر این اساس، وجود چیزی در اطراف زمین در این زمان به حفظ اکسیژن در جو کمک کرده است. «شان کرو» از محققان دانشگاه بریتیش کلمبیا در ونکوور تأکید می‌کند: وجود اکسیژن نیازمند فتوسنتز اکسیژنیک است، یک مسیر متابولیک بسیار پیچیده در تاریخچه اولیه زمین بوده و این مسأله نشان می‌دهد مسیر طولانی برای تکامل توانایی‌های متابولیک بسیار پیچیده طی نشده است. واکنش‌های اکسیژن باستانی محققان سطوح کروم و دیگر فلزات در نمونه‌های گرفته شده از آفریقای جنوبی را آنالیز کردند که می‌تواند به عنوان نشانگر واکنش‌های بین اکسیژن جوی و مواد معدنی در سنگ‌های زمین باشد؛ هر دو نمونه از خاک باستانی و رسوبات دریایی در بازه زمانی سه میلیارد سال قبل بدقت مورد ارزیابی قرار گرفتند. این مطالعه بر روی سطوح مختلف ایزوتوپ‌های کروم در داخل نمونه‌های متمرکز شد. تمام ایزوتوپ‌های یک عنصر دارای تعداد یکسان پروتون در اتم‌های خود هستند، اما تعداد نوترون‌ها متفاوت است؛ بطور مثال اتم‌های کروم-52 دارای 28 نوترون است، درحالی‌که اتم‌های کروم-53 نیز 29 نوترون دارد. زمانی‌که اکسیژن جو با سنگ در فرآیندی موسوم به فرسایش در اثر هوا واکنش نشان می‌دهد، ایزوتوپ‌های کروم سنگین‌تر مانند کروم-53 توسط رودخانه‌ها شسته و به دریا ریخته می‌شوند؛ در این حالت ایزوتوپ‌های کروم سنگین‌تر اغلب از روی خاک شسته شده و در رسوبات اقیانوس تجمع پیدا می‌کنند. این نسبت‌های کروم سنگین‌تر فقط در نمونه‌های آفریقای جنوبی دیده می‌شوند و نتایج مشابه با عناصر دیگر مانند اورانیوم و آهن که به حضور اکسیژن در جو اشاره دارد، دیده می‌شود. به گفته «کرو» در حال حاضر ابزارهای شیمیایی برای تشخیص گازهای جوی در میلیاردها سال قبل وجود دارند. محققان عنوان می کنند که سطوح اکسیژن در سه میلیارد سال قبل حدود 100 هزار برابر بیشتر از چیزی است که بوسیله واکنش‌های شیمیایی معمول در جو زمین قابل توضیح باشد و منبع این اکسیژن قطعا بیولوژیکی است. وجود اکسیژن در جو زمین حدود 600 میلیون سال زودتر از تصورات قبلی نشان می‌دهد که حیات وابسته به نور خورشید مانند گیاهان مدرن بسیار زودتر بر روی سیاره زمین تکامل یافته‌اند. نتایج این یافته در مجله Nature منتشر شده است.