دریاها مدت‌ها پیش از جو زمین، به‌وسیله میکروب‌ها اکسیژن‌دار شدند

میکروب‌های باستانی تولیدکننده اکسیژن ممکن است صدها میلیون سال پیش از پر شدن جو زمین از این عنصر، بخش‌های وسیعی از بستر دریاهای زمین را اکسیژن‌دار کرده باشند.

تحلیل ژئوشیمیایی از رسوبات تشکیل‌شده در حدود ۲٫۶ میلیارد سال پیش، نشان می‌دهد که پالس‌های اکسیژن ممکن است در آن زمان از میان نواحی گسترده‌ای از اقیانوس عبور کرده باشند. این نتایج نشان می‌دهد که سیانوباکتر‌ی‌ها، میکروارگانیسم‌هایی که مسئول اکسیژن‌دار شدن جو زمین هستند، در آن زمان بسیار گسترده‌تر از تصورات پیشین حضور داشتند.

کرت کونهاوزر، ژئوشیمی‌دان  دانشگاه آلبرتا در ادمونتون کانادا که در پژوهش مشارکتی نداشت می‌گوید: «یافته‌ی جدید نشان می‌دهد که نه‌تنها سیانوباکتری‌ها تکامل یافته بودند، بلکه تعدادشان بسیار زیاد بود و حتی بستر دریا را نیز اکسیژن‌دار کرده بودند.این موضوع می‌تواند به این معنا باشد که موجودات هوازی احتمالاً خیلی پیش از آنکه اکسیژن وارد جو شود، روی بستر دریا تکامل یافتند.

حدود ۲٫۴ میلیارد سال پیش، سطح اکسیژن جو برای نخستین بار دراثر فعالیت‌های فتوسنتزی سیانوباکتری‌ها افزایش یافت. این تغییر عمیق با نام رویداد بزرگ اکسایش شناخته می‌شود و برای همیشه مسیر تکامل حیات را دگرگون کرد.

پژوهش‌ روی ترکیب‌های شیمیایی موجود در رسوب‌های ابتدایی بستر دریا نشان می‌دهد که سیانوباکتر‌ی‌ها صدها میلیون سال پیش از رویداد بزرگ اکسایش، توانایی فتوسنتز پیدا کرده بودند. به باور برخی دانشمندان در آن بازه زمانی، این میکروب‌ها تنها به مناطقی از اقیانوس‌های باستانی محدود بودند که به آن‌ها واحه‌های اکسیژن گفته می‌شود. بااین‌حال، هنوز مشخص نیست که این پرورشگاه‌های آبی حیات فتوسنتزی تا چه اندازه گسترده بوده‌اند.

شین مینگ چن، ژئوشیمی‌دان دانشگاه جیاتونگ شانگهای و همکارانش، شیل‌ها یا سنگ‌های رسی باستانی از استرالیا و آفریقای جنوبی را بررسی کردند و تمرکز خود را بر میزان عنصر تالیم قرار دادند. در آب‌های غنی از اکسیژن، اکسیدهای منگنز شکل می‌گیرند و شکل‌های سنگین‌تر یا ایزوتوپ‌های سنگین‌تر تالیم را از آب خارج می‌کنند. این فرایند باعث می‌شود مقدار کمتری از تالیم سنگین وارد لایه‌های شیل در بستر دریا شود.

اما برای شکل‌گیری این الگو، باید در خود بستر دریا و اطراف آن اکسیژن وجود داشته باشد؛ بنابراین، تیم چن با اندازه‌گیری فراوانی ایزوتوپ‌های تالیم در شیل‌های باستانی، در پی یافتن شواهدی از اکسیژن‌دار شدن عمیق و منطقه‌ای در اقیانوس بودند.

سوابق تالیمی نشان داد که اقیانوس دست‌کم به‌صورت منطقه‌ای در حدود ۲٫۶۵ تا ۲٫۵ میلیارد سال پیش اکسیژن‌دار شده بود. این دوره‌ها با یک بازه زمانی بدون اکسیژن از هم جدا شده‌اند. چن توضیح می‌دهد که سطح اکسیژن در دریاهای باستانی در نوسان بوده است: «این‌طور نبوده که پیوسته و یکنواخت یا فقط در یک جهت باشد.»

جالب‌تر اینکه کشف اکسیژن‌دار اقیانوس در ۲٫۵ میلیارد سال پیش، با یافته‌های مشابه از یک گروه پژوهشی دیگر در سازند شیل متفاوتی در استرالیا همزمانی دارد. چن می‌گوید:

ما حدود ۱۰۰۰ کیلومتر با آن منطقه فاصله داریم.  این یافته نشان می‌دهد که آن موج اکسیژن، ناحیه وسیعی مثل ناحیه‌ای کم‌عمق و نزدیک به ساحل در امتداد یک فلات قاره را دربرگرفته بود.

روش مورد استفاده‌ی تیم چن برای یافتن اکسیژن باستانی در زمین می‌تواند برای جستجوی حیات در سیاره‌های دیگر نیز مفید باشد. اگر تشکیل اکسیدهای منگنز همچنان تنها فرایند شناخته‌شده‌ای باشد که قادر به تولید این آثار تالیمی است، می‌تواند به‌طور بالقوه یک نشانه زیستی بسیار جالب باشد.

پژوهشگران یافته‌هایشان را ۲۶ آوریل در نشریه Nature Geoscience منتشر کردند.