جنگ دو باکتری بر سر تولید اکسیژن؛ اتمسفر کنونی زمین چطور به وجود آمد؟

مطالعات جدید نشان می‌دهد که حدود دو میلیارد سال پیش، چرخش زمین شروع به آهسته شدن کرده و همین ممکن است باعث رشد اکسیژن بر روی سیاره زمین شده باشد.

گروهی از دانشمندان با هدایت محققان دانشگاه میشیگان، می‌گویند که کاهش سرعت گردش زمین منجر به روشنایی مداوم و آن هم به نوبه خود منجر به ایجاد مقادیر زیادی اکسیژن توسط باکتری‌ها شده است.

این نظریه در دریاچه هیوران در میشیگان به بوته آزمایش گذاشته شد. پژوهشگران در این آزمایش اجتماع‌های باکتریایی را در ۵۰ متری زیر سطح این آب ـ که غنی از سولفور و حاوی اکسیژن کمی است ـ آنالیز کردند.

سیانوباکتری‌ها، که باکتری‌هایی هستند با رنگ روشن، نمونه‌های شبیه ارگانیسم‌های تک‌سلولی‌ای هستند که میلیاردها سال پیش کلونی‌های پادری‌شکلی را فرم داده و سطوح خشکی و کف دریا را پوشانده بودند.

محققان قطعه‌هایی از این پادری‌های مملو از باکتری را بیرون آوردند و آن‌ها را به مدت ۲۶ ساعت در معرض مقادیر متنوعی از نور قرار دادند. آن‌ها دریافتند که نور بیشتر باعث می‌شد که میکروب‌ها اکسیژن بیشتری تولید کنند.

تیم تحقیقات در یک گفتگوی خبری اعلام کرد که این نتایج ارتباط بین تاریخچه اکسیژن‌سازی زمین و سرعت چرخش آن ـ که پیش از این در نظر گرفته نشده بود ـ را آشکار می‌کند.

گرگوری دیک، ژئومیکروبیولوژیست دانشگاه میشیگان که یکی از نویسنگان این پژوهش نیز هست، می‌گوید: «یکی از سوال‌های همیشگی در حوزه‌ی علوم زمین این بوده که اتمسفر زمین چطور اکسیژن‌دار شد؟ و چه عواملی بر روی زمان وقوع اکسیژن‌سازی آن تاثیر داشتند. پژوهش ما حاکی از این است که سرعت چرخش زمین ـ به بیان دیگر، طول روز ـ احتمالا بر روی الگو و زمان‌بندی اکسیژن‌سازی تاثیر مهمی داشته است.»

این پژوهش، که در روز دوشنبه در نشریه علمی Nature چاپ شد، توضیح می‌دهد که ممکن است ۴ میلیارد سال پیش، مدت زمان گردش زمین، ۶ ساعت بوده باشد ولی به مرور به ۲۴ ساعتی که الآن می‌بینیم رسیده است. و همین مطلب، جرقه‌ی ایده‌ی این پژوهش شده است.

حدود ۲.۴ میلیارد سال پیش، اکسیژن موجود در اتمسفر زمین آن‌قدر کم بود که به سختی می‌شد آن را اندازه گرفت، به همین دلیل هیچ حیات حیوانی و نباتی آن طور که امروز شاهد آن هستیم در آن وجود نداشت. در عوض، میکروب‌ها دی‌اکسید کربن را استنشاق کرده و باکتری‌ای نظیر سیانوباکتری در ابتدایی‌ترین شکل فتوسنتز، اکسیژن تولید می‌کرد.

جودیت کلات، بیوژئوشیمیست انستیتوی ماکس پلانک آلمان و سرگروه نویسندگان این پژوهش، می‌گوید که در ابتدا میزان اکسیژن بسیار کم بود اما ظرف حدود ۴۰۰ میلیون سال، اکسیژن زمین به یک دهم اکسیژنی که امروز داریم رسید که رشد قابل توجهی است. این انفجار اکسیژن به تکامل گیاهان و حیوانات کمک کرد و گیاهان دیگری هم به فرآیند اکسیژن‌سازی پیوستند.

با توجه به همین مطالب، این تیم پژوهشی سعی کرد بفهمد که این انفجار اکسیژن از کجا ممکن است آمده باشد و در همین راستا به بررسی فروچاله‌ی میدل آیلند در دریاچه هیوران پرداخت.

این پهنه‌ی آبی، لایه‌ای ۴۰۰ میلیون ساله از سنگ آهک، دولومیت و بستر سنگ گچ دارد که دریاهای آب شوری را که زمانی این قاره را پوشانده بود، تشکیل می‌داده است.

این دریاچه همچنین خانه‌ی سیانوباکتری است؛ باکتری بنفش‌رنگی که از طریق فتوسنتز اکسیژن تولید می‌کند. اما نوع دیگری از باکتری نیز آنجا هست که با سیانوباکتری رقابت دارد. این باکتری سفید سولفوری-اکسنده در طول روز و ابتدای شب، سیانوباکتری را می‌پوشاند و دسترسی آن به نور خورشید را مسدود و از این طریق از فتوسنتز اکسیژن‌ساز جلوگیری می‌کند. وقتی سطوح نور خورشید به آستانه‌ی معینی می‌رسد، این باکتری دوباره به زیر سیانوباکتری می‌رود و به آن اجازه‌ی تولید اکسیژن می‌دهد.

رقابت این دو نوع باکتری پیش از این مورد مطالعه قرار گرفته بود اما چیزی که این پژوهش دریافت این بود که این‌ها چطور به طول روز و سرعت تولید اکسیژن ارتباط پیدا می‌کند.

جودیت کلات می‌گوید: «دو گروه میکروب در فروچاله‌ی میدل آیلند بر سر جایگاه بالاتر رقابت می‌کنند و گاهی باکتری سولفوری-اکسنده بر فعالیت باکتری فتوسنتزکننده‌ی سیانوباکتری سایه می‌اندازد. این امکان وجود دارد که یک نوع رقابت مشابه بین باکتری‌ها در تاخیر تولید اکسیژن در دوران اولیه زمین دخیل بوده باشد.»

موضوع کلیدی در درک ارتباط بین تغییر طول روز و اکسیژن‌سازی زمین این است که روزهای طولانی‌تر باعث تولید اکسیژن بیشتر توسط سیانوباکتری می‌شود.

گرگوری دیک می‌گوید: «قضیه این است که با داشتن روزهای کوتاه‌تر، آن باکتری خورنده‌ی سولفور برای مدت بیشتری بر روی سیانوباکتری قرار می‌گیرد و تولید اکسیژن را محدود می‌کند.»

بیشتر بخوانید:

جدیدترین درمان برای اگزما؛ مالیدن باکتری به پوست!