החמצן לא זירז את הפריחה המהירה של האורגניזמים הרב-תאיים הראשונים בכדור הארץ. כך עולה ממחקר חדש, שתוצאותיו נוגדות הנחה בת 70 שנה לגבי מה שגרם להאצת התפתחות הפאונה - אוכלוסיית בעלי חיים המצויה במקום מסוים ובזמן מסוים - האוקיינית לפני מאות מילוני שנים.
בתקופה שלפני 800-685 מיליון שנים, אורגניזמים רב-תאיים החלו להופיע בכל האוקיינוסים בכדור הארץ, במהלך מה שמכונה פיצוץ אבלון (Avalon explosion), אירוע שהתרחש כ-33 מיליון שנים לפני הפיצוץ הקמבריוני המפורסם. בעידן זה, ספוגי ים ויצורים רב-תאיים מוזרים אחרים החליפו אמבות חד-תאיות קטנות, אצות וחיידקים, שעד אז יישבו את כדור הארץ במשך יותר מ-2 מיליארד שנים.
עד כה חוקרים האמינו כי רמות חמצן מוגברות עוררו את הגעתם האבולוציונית של אורגניזמים ימיים מתקדמים יותר. יחד עם זאת, סברה זו הופרכה כעת על ידי חוקרים מאוניברסיטת קופנהגן שעבדו בשיתוף פעולה עם עמיתיהם, בין היתר מהמכון האוקיינוגרפי בוודס הול (מכון לחקר ימי במסצ'וסטס שבארה"ב), אוניברסיטת דרום דנמרק ואוניברסיטת לונד, כשממצאי המחקר פורסמו בכתב העת Geobiology.
על ידי חקר ההרכב הכימי של דגימות סלע עתיקות מרכסי הרים בשלושה אתרים שונים ברחבי העולם, החוקרים הצליחו לאמוד את ריכוזי החמצן באוקיינוסים מאז הופעת האורגניזמים הרב-תאיים הללו. בניגוד לציפיות, ממצאי המחקר הראו שריכוזי החמצן בכדור הארץ לא גדלו, אלא נותרו נמוכות פי 10-5 מהרמות בהווה, נתון שווה ערך לכמות החמצן בגובה כמעט כפול מגובהו של הר האוורסט, המתנשא לגובה של 8,848 מטר.
"המדידות שלנו מספקות תמונה טובה של ריכוזי החמצן הממוצעים באוקיינוסים בעולם באותה תקופה. ניכר כי לא רק שלא הייתה עלייה משמעותית בכמות החמצן, כאשר בעלי חיים מתקדמים יותר החלו להתפתח ולשלוט בכדור הארץ, אלא חלה אף ירידה קלה בריכוז החמצן", אמר פרופ' כריסטיאן ג'יי ביירום, מהמחלקה למדעי כדור הארץ וניהול משאבי טבע במרכז הנורדי לאבולוציה של כדור הארץ של אוניברסיטת קופנהגן, שמכמת את התנאים סביב מקור החיים ב-20 השנים האחרונות.
ממצאי המחקר החדשים, מערערים בכך את הסברה בת 70 השנים לפיה לריכוזי חמצן גבוהים היה תפקיד מרכזי בפיתוח חיים מתקדמים יותר על כדור הארץ. "העובדה שאנו יודעים כעת ברמה גבוהה של ודאות שהחמצן לא שלט בהתפתחות החיים על פני כדור הארץ, מספקת לנו סיפור חדש לגמרי האופן שבו היצורים הרב-תאיים התעוררו לחיים, כמו גם לגבי הגורמים שתרמו להתפתחות זו. על כן, יש לפתח חשיבה מחודשת על הרבה מהדברים שהאמינו כי הם נכונים מזה שנים רבות בנושא התפתחות החיים המואצת לפני מאות מיליוני שנים. הממצאים החדשים מצביעים על כך שיש לתקן את מה שהיה ידוע עד כה בהקשר זה", הסביר פרופ' ביירום.
פרופ' ביירום מקווה כמו עמיתיו למחקר כי הממצאים החדשים ישפכו אור על הידע שנצבר עד כה ובכך יובילו חוקרים אחרים ברחבי העולם לשקול מחדש את מה שראו בו כאמת היחידה לגבי התפתחות החיים הקדומה. לכן, נשאלת השאלה מה גרם להתפרצות החיים לפני מאות מיליוני שנים?
לדברי פרופ' ביירום, נראה כי דווקא הירידה בחמצן הובילה לכך ולא ההיפך. "מעניין שהאצת הופעתם של אורגניזמים רב-תאיים התרחש בזמן שבו היו ריכוזים נמוכים של חמצן אטמוספרי ואוקיאני. זה מצביע על כך שאורגניזמים נהנו מרמות נמוכות יותר של חמצן והצליחו להתפתח בהצלחה, שכן כימיית המים הגנה על תאי הגזע שלהם באופן טבעי", אמר החוקר מאוניברסיטת קופנהגן.
הגיאולוג הדני הוסיף כי אותה תופעה נבחנה גם בחקר הסרטן, בתאי גזע של בני אדם ובעלי חיים אחרים. כאן, עמיתים מאוניברסיטת לונד בשבדיה הבחינו בכך שרמות חמצן נמוכות הן חיוניות לשמירה על שליטה על תאי גזע עד שנוצרת התפתחות לסוג מסוים של תא, כמו תא שריר (תאי גזע הם תאים בגופם של יצורים רב-תאיים, הנבדלים מתאים אחרים בכך שעדיין לא עברו תהליכי התמיינות סופיים לסוג רקמה).
"אנחנו יודעים שבעלי חיים ובני אדם חייבים להיות מסוגלים לשמור על ריכוזים נמוכים של חמצן כדי לשלוט בתאי הגזע שלהם, ובכך להתפתח לאט ובאפן בר קיימא. עם יותר מדי חמצן התאים עלולים להגיע עד למצב של מוות, כך שאין זה סביר כי רמות חמצן גבוהות הובילו להתפתחות מואצת של החיים", הסביר פרופ' ביירום.
כאמור, במחקר החדש ניתחו החוקרים דגימות סלע - בין היתר - מהרי חג'ר שהם רכס הרים בצפונה של עומאן. בעוד שההרים גבוהים למדי ויבשים מאוד היום, הם מכוסים במים במהלך הפריחה המהירה של מגוון האורגניזמים לאחר פיצוץ האבלון.
החוקרים בחנו בנוסף גם את המאובנים שנמצאו בהרי מקנזי שבצפון-מערב קנדה ובאזור ערוצי נהר היאנגצה - הנהר הארוך ביותר באסיה והשלישי באורכו בעולם אחרי הנילוס באפריקה והאמזונס בדרום אמריקה - שבדרום סין. עם הזמן חרסית וחול מהיבשה נשטפים לים, שם הם נערמים בשכבות על קרקעית הים. על ידי ניתוח השכבות הללו ובחינת ההרכב הכימי שלהן, ניתן להבין טוב יותר את הכימיה של האוקיינוסים בזמן גיאולוגי מסוים. במחקר הנוכחי, הניתוחים בוצעו באמצעות איזוטופים של היסודות תליום ואורניום שנמצאו בהרים, מהם הצליחו החוקרים לחלץ נתונים, ובתוך כך לחשב את רמות החמצן מלפני מאות מיליוני שנים.
