چگونه زندگی اولیه بدون اکسیژن آغاز شد؟

زمین شناسان در حفاری‌های اخیرشان با فسیل‌های باکتریایی با قدمت ۲.۵ میلیارد سال مواجه شدند یعنی قبل از زمانی که جو زمین اکسیژن‌دار شود.چگونه ارگانیسم‌های باستانی بدون اکسیژن زنده مانده‌اند؟

در ادامه همراه بیونت باشید

هنگامی‌که زمین ۵۰۰ میلیون سال سن داشت،لایه‌نازکی از اتمسفر به شکل حباب‌های گازی ظهور کرد که از داخل زمین بالا می‌آمدند.به مدت ۲ میلیارد سال،پوسته گازدار سیاره ما شامل بخارآب،نیتروژن،کربن مونواکسید و کربن دی‌اکسید بود.در طی این میلیون‌ها سال بخارآب متراکم شد و اقیانوس‌های عظیمی پدید آمد که شرایط لازم برای ایجاد زندگی ابتدایی را داشتند اگرچه به دلیل نبود اکسیژن آزاد در هوا،امکان زندگی به شکل امروزی آن وجود نداشت.

اثبات این شرایط باستانی با مدارک به‌دست‌آمده از شکل‌گیری سنگ‌های اولیه که در اطراف جهان مدرن ما پراکنده هستند اتفاق افتاد.

دانشمندان حتی فرضیه ای داده‌اند که انواع گونه‌های زندگی در بیش از ۳.۵ میلیارد سال قبل وجود داشته است اما میکرو فسیل‌های به‌دست‌آمده از این ارگانیسم‌ها پراکنده هستند و در همه‌جا دیده نمی‌شوند.

۲ سال پیش، اندرو کازاجا(استادیار زمین‌شناسی دانشگاه سینسیناتی)گروه کوچکی از زمین شناسان را جمع کرد تا در گردشی به northcape آفریقای جنوبی بروند و در این محل آن‌ها بر روی فسیل‌های باکتری‌ها با قدمت ۲.۵ میلیارد سال تحقیق کردند.محققین باکتری‌ها را طبقه‌بندی کردند و تخمین زدند که این‌گونه ها قبل از GOE(حادثه اکسیژناسیون عظیم)وجود داشته‌اند، در این زمان تغییرات بزرگی در جو زمین رخ داد و اکوسیستم جهان تغییر کرد.این تیم نتیجه تحقیقات خود را در مجله زمین‌شناسی ارائه کردند.

مزیت این شواهد اشاره کردن به باکتری‌های sulfur-oxidizing بود.کازاجا سرپرست تیم تحقیقاتی بیان کرد که این‌ها قدیمی‌ترین فسیل‌های مربوط به باکتری‌های اکسیدکننده سولفور هستند که تاکنون گزارش‌شده‌اند.

فسیل‌ها در لایه‌نازکی از سنگ سیاه مات غنی از سیلیس حفظ‌شده بودند که در kaapvaal آفریقای جنوبی قرارگرفته بودند.گروه‌های متعددی از دانشمندان این نظریه را دادند که این ناحیه در دوران نیوآرچ(۲.۵ تا ۲.۸ میلیارد سال قبل)در عمق بسیار زیادی از اقیانوس قرارگرفته بود که این قبل از حرکت کردن صفحات تکتونیک زمین و بالا آمدن خشکی‌ها به سطح بوده است.

برای پیدا کردن شواهدی که این تئوری را پشتیبانی کنند.تیم کازاجا به تحقیقات گذشته که با استفاده از روش‌های رادیومتریک و آنالیز ایزوتوپ‌های geochemical در kaapvaal بود دقت کردند.

تحقیقات رادیو متریک،سن فسیل‌ها و سنگ‌ها را بیان می‌کنند در حالتی که ایزوتوپ سولفور برای آنالیز سیکل سولفور بدون رسوب کاربرد دارد که این موضوع با شواهد فسیلی مربوط به اکسیداسیون سولفور در آب‌های عمیق محکم‌تر می‌شود و معلوم شد که این متابولیسم از مدت‌ها قبل وجود داشته است.

زندگی سیگنال‌های خاصی را به شکل ترکیب ایزوتوپ‌های کربن،سولفور،آهن و نیتروژن در سنگ‌های مختلف به جای گذاشته است.کازاجا شرح داد که این علائمی که در سنگ‌ها حفظ‌شده‌اند بسیار راحت‌تر از فسیل‌های واقعی یافت می‌شوند.

اکسیداسیون سولفور مانند یک متابولیسم هوازی است که امروزه در ارگانیسم‌ها دیده می‌شود.کازاجا به این موضوع که گونه‌های فسیل‌شده در ۲۰۰ میلیون سال قبل از GOE، هیدروژن سولفید را استنشاق کرده و سولفات را رها کرده‌اند فکر کرد.او همچنان اشاره کرد که شواهد geochemical برجا مانده از فسیل باکتری‌های مصرف‌کننده سولفات در این دوره و در سرتاسر جهان،فرضیه سیکل سولفور را در سنگ‌های موجود در آب‌های عمیق در دوران ماقبل تاریخ به اثبات می‌رساند.

تیم کازاجا سپس به باکتری‌های مدرن اکسیدکننده سولفور توجه کردند و متوجه شدند که گونه‌های فسیل‌شده بسیار شبیه گونه‌هایی هستند که امروز وجود دارند.

گونه مدرن thiomargarita namibiensis بر روی رسوبات فلات قاره در اقیانوس‌های عمیق نامیبیا زندگی می‌کند و محل زندگی آن شبیه گونه‌های فسیل‌شده است به‌گونه‌ای که در رسوبات عمق اقیانوس زندگی می‌کند که نور و اکسیژن به آنجا نمی‌رسد.

محققین همچنین مورفولوژی فسیل سلول را آنالیز کردند تا نشانه‌هایی در مورد سبک زندگی باکتری پیدا کنند. آنها به شباهت زیادی با T.namibiensis  رسیدند.

کازاجا ارگانیسم‌های قدیمی را به‌صورت کروی،با دیواره صاف و کاملاً بزرگ توصیف کرد که این باکتری‌ها اندازه‌ای بین ۲۰ تا ۲۶۵ میکرون داشته‌اند و می‌توانستند تا ۷۵۰ میکرون هم رشد کنند(بزرگ‌ترین باکتری گزارش‌شده)

جنبه قابل‌توجه این فسیل این است که شواهدی را بر زندگی بسیار مشابه در اقیانوس‌های بسیار قدیمی ارائه می‌کند. نوح پولانسکی (استادیار زمین‌شناسی و ژئوفیزیک دانشگاه Yale که البته در این تحقیق نقشی نداشت) می‌گوید:

زندگی در اقیانوس‌ها برای مدت‌های زیادی،بازیگران مشابهی داشته است.

پس اگر باکتری‌های اکسیدکننده سولفور توانسته بودند در شرایط آب‌های عمیق درگذشته زندگی کنند چرا ما امروزه تعداد زیادی ازاین‌گونه‌ها را نمی‌بینیم؟بسیاری از دانشمندان معتقدند این موضوع به دلیل GOE است.

در طی دوران نیوآرچ،تنوع زندگی به عناصر متفاوتی برای متابولیسم نیاز داشت.GOE زمانی به وقوع پیوست که سیانو باکتری‌های سطح اقیانوس به‌تدریج شروع به تولید اکسیژن توسط فتوسنتز کردند.

بر اساس نظریه پولانسکی،اکسیژن در سطح اقیانوس‌ها و اتمسفر اشباع شد اما این باکتری‌های اکسیدکننده سولفور بهترین تطابق را در رابطه بین OXIC و آب با اکسیژن کم داشتند.سیر تکاملی محیط این شرایط را برای تشکیل زندگی‌های بیشتر در زمین تغییر داد.

بسیاری از مردم به این موضوع که زمین به چه شکل دراماتیکی در طول تاریخ تغییر کرده است فکر نمی‌کنند. در حقیقت،تقریباً نیمی از حیات زمین بدون اکسیژن بوده است.

کازاجا گفت:

ما می‌بینیم که لینک‌های زیادی ما را به ارگانیسم‌های گذشته مرتبط می‌کنند و باید یاد بگیریم که نباید زندگی را به طبقه‌بندی کوچکی محدود کنیم.

 

در صورت تمایل می‌توانید مقاله کامل این مطلب را به زبان انگلیسی از لینک منبع مشاهده نمایید، اگر مقاله رایگان نبود از بخش دانلود رایگان مقالات، مقاله کامل را به صورت PDF دریافت کنید.

منبع: Geology

  • نویسنده : پویا مجیدی
  • تاریخ انتشار : ۲۸-۱۰-۹۵