الملخص:
تقدم دراسة الصخور الرسوبية في جنوب أفريقيا منذ حوالي 2.3 مليار إلى 2.25 مليار سنة تفسيرًا جديدًا لكيفية ارتفاع الأكسجين وهبوطه في الغلاف الجوي المبكر للأرض. قام الباحثون بتحليل عينات الحفر الأساسية من مجموعة ترانسفال الفائقة في جنوب إفريقيا، ووجدوا أن دورة الفوسفور وحالة الأكسدة والاختزال وتغيرات الكبريتات في المحيط متشابكة مع بعضها البعض. بالاقتران مع النماذج البيوجيوكيميائية، يعتقدون أن هذه التغذية المرتدة قد تؤدي إلى تغييرات جذرية متكررة في محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي أثناء حدث الأكسدة الكبير، وفي الوقت نفسه تدفع الأرض إلى التحول تدريجيًا إلى بيئة جوية مستمرة تحتوي على الأكسجين.
حدثت أول زيادة كبيرة في الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض منذ حوالي 2.43 مليار إلى 2.06 مليار سنة، وغالبًا ما يطلق عليها "فترة الأوكسجين العظيمة". ولا يعني ظهور الأكسجين أن الغلاف الجوي كان مستقرًا على الفور بعد ذلك: فقد شهدت هذه المرحلة أيضًا تغيرات مناخية دراماتيكية وعصورًا جليدية متعددة، كما تغيرت أيضًا البيئة الكيميائية للمحيطات والعناصر الغذائية المتاحة للحياة. يعد الفوسفور عنصرًا أساسيًا مطلوبًا لنمو الحياة، لكن إجمالي الفسفور المكتشف في الصخور لا يساوي الفسفور الذي يمكن أن تستخدمه الكائنات القديمة.
استخدم فريق البحث طريقة تصنيف أشكال الفسفور لإذابة المعادن المختلفة في الصخور تدريجيًا، وتمييز المكونات مثل الفسفور المرتبط بالحديد، والمتحول، والمرتبط بالعضوية، والفوسفور المتبلور المشتق بشكل أساسي من المخلفات. وبناءً على ذلك، يمكنهم تحديد أي الفوسفور ربما كان متاحًا بيولوجيًا في المحيط القديم. تظهر العينات أن التجوية المعززة بعد نهاية العصر الجليدي ربما جلبت المزيد من الفوسفور إلى المحيط، مما عزز الإنتاجية البيولوجية؛ وبعد ذلك، أثرت التغيرات في حالة الأكسجين في المحيطات وإمدادات الكبريتات على تحلل المواد العضوية في الرواسب وإعادة تدوير الفوسفور. يعود الفوسفور إلى مياه البحر، مما قد يوفر الظروف الملائمة لنمو المزيد من الكائنات الحية.
وتؤثر هذه العملية بدورها على الأكسجين الجوي. ومع زيادة الإنتاجية البيولوجية، قد يترسب المزيد من الكربون العضوي ويدفن في قاع البحر؛ إذا لم يقم هذا الكربون بإعادة استهلاك الأكسجين أثناء التحلل، فسيكون هناك تراكم صافي لمزيد من الأكسجين. وبناءً على ذلك، اقترح فريق البحث أن يتم تشكيل سلسلة تغذية مرتدة بين مدخلات التجوية وإعادة تدوير الفوسفور وحالة الأكسدة والاختزال في المحيطات والكبريتات، لكن التغذية المرتدة لا تحافظ على الأكسجين بسلاسة عند مستوى ثابت، ولكنها قد تسبب تقلبات كبيرة على نطاق عشرات الملايين من السنين. تدعم نتائج النموذج البحثي هذا التفسير، لكن التغيرات الجوية القديمة لا تزال تُبنى بناءً على السجلات والنماذج الجيوكيميائية الصخرية بدلاً من القياسات المباشرة.
تم نشر البحث في مجلة Nature Communications. ويشير المؤلفون إلى أن هذه الآلية تساعد في تفسير كيفية تطور الأكسجين والمواد المغذية والحياة المبكرة معًا، كما يشيرون إلى أن الأكسجين ليس هو الشرط الوحيد الذي يؤثر على نشوء الحياة المعقدة. قد يوفر البحث أيضًا مرجعًا تاريخيًا لفهم نقص الأكسجين في المحيطات الحديثة: إذا انخفضت مستويات الأكسجين في مياه البحر، فقد يتغير أيضًا توفر الفوسفور وإنتاجية المحيطات. ومع ذلك، لا يمكن مساواة علاقات التغذية الراجعة في الزمن الجيولوجي القديم بشكل مباشر مع تنبؤات محددة للنظم البيئية الحديثة.
التعليقات