לפני כ-500 מיליון שנה החיים באוקיינוסים התגוונו במהירות. כהרף עין - לפחות במונחים גיאולוגיים - השתנה עולם החי מיצורים פשוטים ובעלי גוף רך לאורגניזמים רב-תאיים מורכבים עם קונכיות ושלדים. כעת, מחקר בהובלת חוקרים מאוניברסיטת קיימברידג' הראה כי הגיוון של עולם החי בתקופה זו הוביל גם לשינוי דרסטי בכימיה של קרום כדור הארץ - השכבה החיצונית בגיאוספרה, שמתחתיה נמצאים המעטפת והגלעין - שמקיים ומחזיק עליו את כל המתרחש על פני האדמה ומספק רבים מהחומרים החיוניים לחיים.
החוקרים זיהו שבעקבות הפיצוץ הקמבריוני - מושג המתאר שינוי דרמטי בקצב היווצרות המינים של אורגניזמים בילטרליים (בעלי סימטריה דו-צדדית) על פני כדור הארץ - כמויות הזרחן, שנחשב כחומר מעניק חיים, זינקו פי שלושה בקרום כדור הארץ, מה שתמך בהתרחבות החיים על פני כדור הארץ. "מצאנו שליצורים חיים עתיקים הייתה השפעה עמוקה על הסביבה שלהם - אפילו עד כדי איפוס הכימיה של הקרום היבשתי", אמר ד"ר קרייג וולטון, המחבר הראשי של המחקר, מהמחלקה למדעי כדור הארץ באוניברסיטת קיימברידג'.
באמצעות מסד נתונים של מידע על סלעים עתיקים, שבוצע על ידי מדענים ברחבי העולם, החוקרים בנו מפה כדי להראות כיצד הכימיה של קרום כדור הארץ השתנתה במהלך 3 מיליארד השנים האחרונות. הם גילו שבעקבות העלייה בזרחן בזמן הפיצוץ הקמבריוני, התוכן של חומר הזנה מרכזי זה בסלעי קרום כדור הארץ המשיך לגדול עד ימינו. "מלפני 540 מיליון שנה בערך ואילך, אנו רואים שהחיים שינו את הרכב חלקו העליון של קרום כדור הארץ", אמר ד"ר אוליבר שורטל, מהמחלקה למדעי כדור הארץ ומהמכון לאסטרונומיה של אוניברסיטת קיימברידג', שנמנה על מחברי המחקר. "זה מראה כיצד התפתחות החיים יכולה להשפיע על יצורים חיים נוספים, וכן על כמות החיים שכוכב הלכת יכול להמשיך ולקיים".
החיים על כל צורותיהם המגוונות - מהלווייתן הגדול ועד הפלנקטון הזעיר - מסתמכים על כמה מרכיבים מרכזיים: פחמן, מימן, חנקן, זרחן וגופרית. החוקרים בחרו לבחון לעומק במחקרם, שממצאיו פורסמו בכתב העת Science Advances, את הזרחן מכיוון שהוא לא רק נחוץ באופן אוניברסלי לחיים, אלא גם קשה להגיע אליו מכיוון שהוא כלוא במינרלים בתוך קרום כדור הארץ. "זרחן נחשב לאחד מהחומרים המזינים המגבילים את כמות החיים שיכולה להתקיים באוקיינוסים", אמר ד"ר שורטל, שהסביר כי מיפוי זרחן בסלעי קרום כדור הארץ לאורך זמן, מאפשר לזהות כמה מהיסוד הזה זמין לקיום חיים, ובפרספקטיבה רחבה יותר גם לקבל מושג כמה חיים קיימים על הפלנטה.
2 צפייה בגלריה
מאובן של היצור פרדוקסידס (Paradoxides) באורך 30 ס"מ שחי באמצע תקופת הקמבריון, מתוך האוספים של מוזיאון סדג'וויק למדעי כדור הארץ, אשר נמצא באוניברסיטת קיימברידג'
(צילום: Sedgwick Museum)
בניגוד לפחמן וחנקן, שהם מרכיבים מרכזיים באטמוספרה של כדור הארץ, יש להפיק זרחן מהסלעים בטרם נעשה בו שימוש. התהליך מתחיל בפירוק הסלעים עקב אינטראקציות עם מי גשמים - שחרור פוספט שנשטף לאחר מכן על ידי נהרות אל האוקיינוסים. ברגע שהוא נמצא באוקיינוסים, הזרחן עובר תהליך של חילוף חומרים על ידי אורגניזמים כמו פלנקטון או אצות, אשר נצרכים לאחר מכן על ידי בעלי חיים גדולים יותר במעלה שרשרת המזון. כאשר אורגניזמים אלה מתים, רוב הזרחן מוחזר חזרה למי האוקיינוסים. תהליך מיחזור יעיל זה הוא בקרה מרכזית על כמות הזרחן הכוללת באוקיינוס, אשר בתורו תומך בקיום המחייה. "זה מאפשר לנו לקבל את כל העולם החי שאנו רואים סביבנו כיום, אז ההבנה מתי התהליך הזה התחיל מהווה מפתח בעל חשיבות רבה" אמר ד"ר וולטון.
יחד עם זאת, כל כוח העיבוד הביולוגי הזה מסתמך על חמצן. זה מה שמזין את החיידקים האחראים לפירוק של חומר אורגני מת שמחזיר זרחן בחזרה לאוקיינוסים. החוקרים סברו כי זינוק בכמות החמצן בערך בזמן הפיצוץ הקמבריוני עשוי להסביר מדוע כמות הזרחן בסלעים גדלה. "אם החמצן אכן עלה באותה תקופה, אז אולי כמות רבה יותר של חמצן הייתה זמינה לפירוק ביומסה בעומק הים ולמיחזור זרחן באזורי חוף רדודים", אמר ד"ר וולטון. העברת הזרחן חזרה לכיוון היבשה פירושה שהוא נשמר טוב יותר בסלעים המרכיבים את היבשות. "סדרת השינויים הזו הייתה אחראית בסופו של דבר לתדלוק הפעילות של בעלי החיים המורכבים כפי שאנו מכירים אותם", הוסיף ד"ר וולטון.
למרות זאת, ד"ר וולטון מעריך כי קשה לפענח את רצף האירועים - האם בעלי החיים המורכבים התפתחו בין השאר בגלל אספקה מוגברת של חמצן וזרחן מלכתחילה, או האם הם למעשה היו אחראים באופן מלא להגדלת הזמינות של שניהם - כך שהנושא נותר שנוי במחלוקת. לשם כך, הוא ועמיתיו למחקר עתידים לבצע מחקר המשך שמטרתו לבחון לעומק את הטריגר לתזמון של העשרת זרחן בקרום כדור הארץ.
