Πιθανώς άρχισε πιο νωρίς η φωτοσύνθεση και η παραγωγή του οξυγόνου

Πηγή: ScienceNOW, 16 Μαρτίου 2009

Μερικές φορές, τα αποδεικτικά στοιχεία για μια δραματική ανακάλυψη βρίσκονται με μια απλή ματιά. Στην περίπτωση αυτή, κάποιοι ερευνητές μελετώντας ορυκτά στην βορειοδυτική Αυστραλία βρήκαν κοιτάσματα αιματίτη, ένα οξείδιο του σιδήρου, που έχει ηλικία 3,46 δισ. ετών. Ο αιματίτης πιθανώς σχηματίζονται από αντιδράσεις με μόρια του οξυγόνου στους ωκεανούς. Εάν επιβεβαιωθεί αυτή η ανακάλυψη αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι το οξυγόνο, που το παράγουν φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, προήλθε περισσότερο από ένα δισεκατομμύριο χρόνια νωρίτερα από ό,τι εθεωρείτο μέχρι σήμερα.

Οι επιστήμονες γνωρίζουν σήμερα ότι τα πρώτα μικρόβια που εκτελούσαν φωτοσύνθεση - το φως του ήλιου μετατρέπει το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε οξυγόνο και σάκχαρα - έζησαν περίπου πριν 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Και το ξέρουν γιατί τα παλαιότερα μοριακά κατάλοιπα των ικανών βακτηριδίων να κάνουν φωτοσύνθεση, ανακαλύφθηκαν σε ιζηματογενή πετρώματα εκείνης της εποχής και επειδή οι κρύσταλλοι του αιματίτη, που σχηματίζονται από τις αντιδράσεις μεταξύ σιδήρου και ατμοσφαιρικού οξυγόνου, από τότε είναι συνηθισμένοι στα πετρώματα της Γης.

Πριν από εκείνη την εποχή (2.4 δισ. χρόνια πριν), λένε οι θεωρίες, δεν υπήρχε οξυγόνο στους ωκεανούς ή τον αέρα, έτσι ώστε κάποια ανόργανα συστατικά, όπως είναι ο αιματίτης, δεν θα μπορούσαν να είχαν δημιουργηθεί από τις διαδικασίες που σχετίζονται με τη ζωή. Το πιο πιθανό είναι, ο αιματίτης που βρίσκεται σε παλαιότερα βράχια να έχει σχηματιστεί από την αλληλεπίδραση του σιδήρου με μικρές ποσότητες αρχέγονου οξυγόνου σε υπόγεια νερά.

Όμως ο γεωχημικός Hiroshi Ohmoto του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Πενσυλβάνια, δεν ήταν πεισμένος ότι ο παλαιός αιματίτης θα μπορούσε να σχηματιστεί με το αρχέγονο οξυγόνο. Ο ίδιος και η ομάδα του έψαξαν για ιζηματογενή στρώματα (οι πυθμένες των αρχαίων ωκεανών) παλαιότερων από 2,4 δισεκατομμύρια έτη, το όριο στο οποίο από εκεί και μετά περιέχονται οξυγονωμένα ορυκτά.

Όπως λοιπόν αναφέρουν στο Nature Geoscience,  κτύπησαν διάνα στον σχηματισμό Pilbara Craton - που κάποτε ήταν στο βυθό μιας αρχαίας θάλασσας ενώ τώρα είναι ένας προεξέχων βράχος στην Αυστραλία. Εκεί λοιπόν βρήκαν την υπογραφή ενός κόκκινου αιματίτη χωμένο μέσα σε ένα βράχο ηλικίας 3,46 δις ετών. Το ορυκτό σχηματίστηκε κατά πάσα πιθανότητα, λέει ο Ohmoto, όταν ανάβλυζε ζεστό νερό από υδροθερμικές πηγές στο θαλάσσιο πυθμένα αντιδρώντας με οξυγόνο του θαλασσινού νερού - οξυγόνο που φτιάχνεται με τα φωτοσυνθετικά βακτήρια. Έτσι τώρα, αναφέρει ο γεωχημικός, η πρόκληση θα είναι να βρούμε αιματίτη και σε άλλα ιζηματογενή πετρώματα, ηλικίας άνω των 2,4 δισεκατομμυρίων ετών, προσθέτοντας κι άλλα αποδεικτικά στοιχεία πως ξεκίνησε νωρίτερα η φωτοσύνθεση.

Το ξεκίνημα της φωτοσύνθεσης είναι ένα καυτό θέμα συζήτησης για πολλούς επιστήμονες, δεδομένου ότι αποτελεί μία σημαντική καμπή στην εξέλιξη της ζωής. Πριν από τη φωτοσύνθεση, η ατμόσφαιρα θεωρείται ότι ήταν κατά κύριο λόγο "αναγωγική - γιατί περιείχε μεγάλες ποσότητες μεθανίου, αμμωνίας και υδροθείου. Η φωτοσύνθεση μετέτρεψε αυτή την αναγωγική ατμόσφαιρα σε οξειδωτική παράγοντας τεράστιες ποσότητες οξυγόνου, αναγκάζοντας την μέχρι τότε μικροβιακή ζωή να εξαφανιστεί και να γεννηθεί άλλη προσαρμοσμένη στο οξυγόνο.

Όμως, ο προσδιορισμός του χρόνου αυτής της μετάβασης είναι δύσκολος. Όπως υπολογίζεται πέρασαν ακόμα δύο δισεκατομμύρια χρόνια πριν να αρχίσουν να εμφανίζονται οι πολυκύτταροι οργανισμοί - ένα ασυνήθιστα μεγάλο χρονικό διάστημα. Και σύμφωνα με τις μελέτες του Ohmoto, ο αριθμός αυτός θα μεγαλώσει ακόμη περισσότερο σε, σχεδόν, τρία δισεκατομμύρια χρόνια - μια χρονική καθυστέρηση που θα δημιουργήσει νέα ερωτήματα στους βιολόγους για την εξέλιξη.

Όμως ο χημικός Paul Knauth του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Αριζόνα πιστεύει ότι αυτά είναι πολύ αδιάσειστα στοιχεία. Το αποτέλεσμα της έρευνας μπορεί να πηγαίνει "ενάντια στην διαδεδομένη άποψη ότι η οξυγονική φωτοσύνθεση δεν εμφανίζεται" έως 2,4 δισ. χρόνια πριν, λέει, αλλά το συμπέρασμα της μελέτης "είναι η πιο απλή εξήγηση." Ο ίδιος ελπίζει ότι τα ευρήματα θα προκαλέσουν συζητήσεις μεταξύ όλων εκείνων που υποστηρίζουν ότι η υπόθεση έχει κλείσει - και σίγουρα ακόμα μαθαίνουμε."