چگونه شیمی اقیانوس به زندگی کمک کرد تا نفس بکشد

توسط جولز برنشتاین، دانشگاه کالیفرنیا - ریورساید

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

دانشمندان به حل یک معمای دیرینه در مورد چگونگی قابل سکونت ماندن زمین پس از انباشته شدن اکسیژن برای اولین بار در اتمسفر آن در بیش از 2 میلیارد سال پیش کمک کردند و شواهدی را ارائه کردند که نشان می دهد شیمی اقیانوس های باستانی شرایط سازگار با زندگی را حفظ کرده است.

این مطالعه که در Nature Communications منتشر شد، توسط محققانی از جمله آندری بککر، زمین‌شناس UC Riverside انجام شد. آنها دریافتند که تغییرات در شیمی اقیانوس های باستانی یک چرخه خودپایه ایجاد می کند که به بالا نگه داشتن سطح اکسیژن پس از اولین افزایش کمک می کند. این چرخه به بازیافت فسفر بستگی داشت که به بهره وری بیولوژیکی کمک می کرد و به حفظ اکسیژن در جو کمک می کرد.

دانشمندان مدت‌هاست که می‌دانند اکسیژن در حدود 2.3 میلیارد سال پیش در طی رویداد بزرگ اکسیداسیون به بخشی دائمی از جو زمین تبدیل شد. کمتر مشخص بود که چگونه سطح اکسیژن در طول میلیون ها سال به اندازه کافی بالا باقی ماند تا از اشکال پیچیده زندگی پشتیبانی کند.

بیکر گفت: "موجودات زنده بدون فسفر نمی توانند رشد کنند یا به درستی عمل کنند." هنگامی که مقدار بیشتری از آن در اقیانوس ها در دسترس قرار گرفت، اجازه داد تا کربن آلی بیشتری دفن شود. یک عارضه جانبی این فرآیند این است که اکسیژن بیشتری در اتمسفر آزاد می شود.

محققان دریافتند که با ورود اکسیژن به اقیانوس های زمین، غلظت سولفات نیز افزایش می یابد. میکروب‌ها از سولفات برای شکستن مواد آلی مؤثرتر استفاده کردند و فسفر را دوباره به آب دریا آزاد کردند، جایی که باعث رشد بیولوژیکی جدید شد. زندگی بیشتر به معنای دفن کربن آلی بیشتری بود که اجازه می داد اکسیژن اضافی در اتمسفر جمع شود و چرخه را تقویت کند.

برای آزمایش این ایده، Bekker و همکارانش سنگ‌های باستانی آفریقای جنوبی را با استفاده از تکنیک جدیدی تجزیه و تحلیل کردند که فسفر را بر اساس انواع مواد معدنی که به آن متصل است جدا می‌کند. با حل کردن هر یک از انواع مواد معدنی در یک زمان، این تکنیک به محققان نشان می‌دهد که آیا فسفر برای عملکردهای بیولوژیکی در دسترس است یا به مواد معدنی مرتبط است که آن را برای سیستم‌های زنده در دسترس نیست.

تا به حال، دانشمندان می‌توانستند تنها مقدار کل فسفر موجود در سنگ‌ها را اندازه‌گیری کنند، که تعیین مقدار واقعی موجود برای حمایت از حیات در اقیانوس‌های باستانی را دشوار می‌کرد.

بیکر گفت: «اکنون می‌توانیم فسفر موجود در دسترس ارگانیسم‌ها را از فسفری که اساسا بسته شده بود جدا کنیم.» این به ما تصویر بسیار واضح‌تری از سطوح مواد مغذی در اقیانوس‌های باستانی نسبت به قبل می‌دهد.»

این یافته‌ها نشان می‌دهد که سطوح اکسیژن پس از رویداد بزرگ اکسیداسیون، بیشتر از آن چیزی که دانشمندان تصور می‌کردند، نوسان داشته است. این نوسانات احتمالا شیمی اقیانوس ها را در طول ده ها میلیون سال تغییر شکل داده و بر نحوه چرخش مواد مغذی در محیط تأثیر می گذارد.

این تحقیق همچنین می‌تواند ایده‌های مربوط به تکامل زندگی اولیه را تغییر دهد. به گفته بککر، اگر اکسیژن برای مدت طولانی به وفور باقی بماند، سایر عوامل محیطی یا بیولوژیکی، نه فقط مقدار بسیار محدود اکسیژن، ممکن است ظهور موجودات پیچیده تری را که برای متابولیسم آنها به اکسیژن وابسته هستند کند کند.

امروزه تغییرات آب و هوایی باعث می شود که بخش هایی از اقیانوس ها اکسیژن را از دست بدهند. اگر این روند ادامه یابد، فسفر می تواند بار دیگر در دسترس کمتر شود و بهره وری دریایی کاهش یابد و اکوسیستم های دریایی کمتر انعطاف پذیر شوند.

این کار همچنین می تواند به جستجوی حیات فراتر از زمین کمک کند. درک چگونگی تکامل اکسیژن، مواد مغذی و حیات با هم در سیاره ما ممکن است به دانشمندان کمک کند تا شرایط مشابهی را در جهان های حامل اقیانوس در سایر نقاط جهان تشخیص دهند.

بیکر گفت: تاریخ زمین نشان می دهد که اکسیژن، مواد مغذی و زندگی با هم تکامل یافته اند. "درک این ارتباطات به ما دیدگاه دقیق تری در مورد آینده سیاره خودمان و آنچه که ممکن است در سیارات دیگر به دنبال آن باشیم، می دهد."

لوئیس جی. آلکوت و همکاران، کنترل مواد مغذی بر دینامیک اکسیژن رسانی در طول اپیزود اکسیداسیون بزرگ زمین، ارتباطات طبیعت (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-76597-y

ارائه شده توسط دانشگاه کالیفرنیا - ریورساید

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →