רמות החמצן באטמוספירה של כדור הארץ "השתנו בפראות" לפני מיליארד שנים, ויצרו תנאים שהיו יכולים להאיץ את התפתחותם של חיי בעלי חיים מוקדמים, כך על פי מחקר חדש שפורסם בכתב העת Science Advances.
מדענים מאמינים שהחמצן האטמוספרי התפתח בשלושה שלבים. זה החל ממה שמכונה אירוע החמצון הגדול או אסון החמצן שאירע לפני כ-2.4 מיליארד שנים - אירוע הכחדה המונית בהיסטוריה של כדור הארץ, שבו החלה עלייה משמעותית בריכוז החמצן האטמוספירי, כשלמעשה ריכוז החמצן ההתחלתי באטמוספירה היה אפסי, ובעקבות תהליכים פוטוסינתטיים שגרמו לעליית הריכוז, נכחדו כמעט כל המינים האל-אווירניים על פני כדור הארץ, ואת מקומם תפסו המינים האווירניים.
2 צפייה בגלריה
תיעוד מאובנים של בעלי חיים מוקדמים מהשמורה האקולוגית מיסטייקן פוינט בקנדה
(צילום: Dr Emily. G. Mitchell/University of Cambridge)
שלב נוסף התרחש לפני כ-400 מיליון שנה, אז הגיעה רמת החמצן האטמוספרי לרמות הקיימות כיום. מה שלא ברור הוא מה שקרה עוד קודם לכן בשלב השני, בנאופרוטרוזואיקון, תור גאולוגי שהחל לפני כמיליארד שנים ונמשך כ-500 מיליון שנים, במהלכו ובעיקר לקראת סופו החלו להופיע החיים הנראים לעין (רב-תאיים).
השאלות שמדענים ניסו לענות עליהן היו: האם היה משהו יוצא דופן בשינויים ברמות החמצן בעידן הנאופרוטרוזואיקון שאולי מילא תפקיד מרכזי באבולוציה המוקדמת של בעלי החיים? והאם רמות החמצן עלו בפתאומיות או שמא הייתה זו עלייה הדרגתית? עקבות מאובנים של בעלי חיים מוקדמים הידועים בשם הביוטה של האדיקר (Ediacaran biota) - האורגניזמים הרב-תאיים הגדולים והעתיקים ביותר בעולם שדרשו חמצן - נמצאו בסלעי משקע בני 541 עד 635 מיליון שנים. כדי לנסות ולענות על השאלות, צוות מחקר מאוניברסיטת לידס שעבד בשיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטאות ליון ואקסטר וכן מהקולג' האוניברסיטאי של לונדון, השתמש במדידות של צורות שונות של פחמן, או איזוטופי פחמן, שנמצאו בסלעי גיר אשר נלקחו מאזורי מים רדודים בים.
בהתבסס על יחסי האיזוטופים של סוגי הפחמן השונים שנמצאו, הצליחו החוקרים לחשב רמות פוטוסינתזה שהתקיימו לפני מיליוני שנים ולהסיק את רמות החמצן באטמוספירה באותה העת. כתוצאה מהחישובים, הם הצליחו לייצר תיעוד של רמות החמצן באטמוספירה במהלך 1.5 מיליארד השנים האחרונות, מה שמלמד על כמות החמצן שנדרשה כדי לאפשר קיום של חיים ימיים מודמים במימי האוקיינוס.
2 צפייה בגלריה
תיעוד מאובנים של בעלי חיים מוקדמים מהשמורה האקולוגית מיסטייקן פוינט בקנדה
(צילום: Dr Emily. G. Mitchell/University of Cambridge)
ד"ר אלכס קראוזה, מהקולג' האוניברסיטאי של לונדון, שסיים את הדוקטורט שלו בבית הספר למדעי כדור הארץ והסביבה באוניברסיטת לידס ונמנה על מחברי המחקר, אמר שממצאי המחקר מספקים פרספקטיבה חדשה על הדרך שבה רמות החמצן משתנות על פני כדור הארץ. "כדור הארץ המוקדם, ב-2 מיליארד השנים הראשונות לקיומו, היה אנוקסי, כלומר נטול חמצן אטמוספרי. משלב זה ואילך, רמות החמצן החלו לעלות, מה שמכונה אירוע החמצון הגדול. עד עכשיו, מדענים חשבו שאחרי אירוע החמצון הגדול, רמות החמצן היו נמוכות ואז עלו רגע לפני התפתחות החיות הראשונות, או שרמות החמצן היו גבוהות במשך מיליוני שנים לפני שהחיות הגיעו. אבל המחקר שלנו מראה שרמות החמצן היו הרבה יותר דינמיות, שכן הייתה תנודה בין רמות גבוהות ונמוכות של חמצן במשך זמן רב לפני שצורות מוקדמות של בעלי חיים הופיעו. אנו רואים תקופות שבהן בסביבת האוקיינוס, שבה חיו בעלי חיים מוקדמים, היה חמצן בשפע - ולאחר מכן תקופות שבהן היה מחסור בחמצן", הסביר ד"ר קראוזה.
"השינוי התקופתי הזה בתנאי הסביבה ייצר לחצים אבולוציוניים שבהם כמה צורות חיים נכחדו, בעוד שצורות חיים חדשות הוסיפו", אמר ד"ר בנג'מין מילס מאוניברסיטת לידס, שלקח גם הוא חלק במחקר. לדברי ד"ר מילס, רמות החמצן קבעו את המידה לפיה מרחבים ימיים היו ראויים או שאינם ראויים למחייה של בעלי חיים קדומים. "הוצע בתיאוריה האקולוגית שכאשר יש שטח ראוי למחייה שמתרחב ומתכווץ, זה יכול לתמוך בשינויים מהירים במגוון החיים הביולוגיים. כאשר רמות החמצן יורדות, יש לחץ סביבתי חמור על חלק מהאורגניזמים שעלול לגרום להכחדתם, אך כשהשטח המימי העשיר בחמצן מתרחב, המרחב החדש מאפשר דומיננטיות אקולוגית של חלק מהיצורים החיים. מרחבי המגורים המורחבים הללו היו נמשכים מיליוני שנים, ונותנים הרבה זמן למערכות אקולוגיות להתפתח", הסביר ד"ר מילס.
