Η εμφάνιση της ζωής συνδέεται με τη μείωση του νικελίου στις αρχέγονες θάλασσες

Πηγή: Science Blog, 9 Απριλίου 2009

Η παρουσία του οξυγόνου άρα και της ζωής όπως την ξέρουμε μπορεί να οφείλεται στα κυμαινόμενα επίπεδα ενός ταπεινού μετάλλου - του νικελίου - στις αρχέγονες θάλασσες, σύμφωνα με μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο βρετανικό περιοδικό Nature.

Ξέρουμε ότι αρχικά η ατμόσφαιρα του πλανήτη μας δεν περιείχε αρκετό οξυγόνο και ότι αργότερα έγινε πλούσια σε οξυγόνο, γεγονός που επέτρεψε την ανάδυση της ζωής όπως την ξέρουμε σήμερα. Κάποια τελευταία στοιχεία ρίχνουν φως στην αινιγματική αυτή εξέλιξη που φυσικά καθόρισε τη μοίρα της Γης, επιτρέποντας να εξελιχτούν σταδιακά μια μεγάλη ποικιλία από έμβιους οργανισμούς.

Περίπου πριν 2,7 δισεκατομμύρια χρόνια, οι αρχέγονες θάλασσες ήδη φιλοξενούσαν τα πρώτα φωτοσυνθετικά μικρόβια, τα μπλε-πράσινα φύκια που έπαιρναν το διοξείδιο του άνθρακα και ελευθέρωναν το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα. Αλλά αυτά τότε ήταν λιγότερα από τα βακτήρια που παρήγαγαν μεθάνιο, τα λεγόμενα μεθανογενή, και τα οποία αναπτύσσονται σε θάλασσες πλούσιες σε νικέλιο.

Οι υψηλές ποσότητες του μεθανίου που αυτή η πρώιμη μορφή της ζωής διοχέτευε στο περιβάλλον, εμπόδιζε τη συσσώρευση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, επειδή το μεθάνιο αντιδρούσε με κάθε άτομο οξυγόνου, προς την δημιουργία διοξειδίου του άνθρακα και νερού, σύμφωνα με μια θεωρία.

Τώρα, μια ομάδα ερευνητών λέει ότι βρήκαν το έναυσμα που επέτρεψε να δημιουργηθεί το οξυγόνο, και, κατά συνέπεια επέτρεψε να πολλαπλασιαστεί η ζωή που βασίζεται στο οξυγόνο.

Το μυστικό ήταν η συγκέντρωση του νικελίου στα παλαιά πετρώματα, που σχηματίστηκαν προτού καταστεί το οξυγόνο άφθονο στον αέρα ή στην θάλασσα. Οι ερευνητές βρήκαν ότι με την ανάλυση ενός τύπου ιζηματογενούς πετρώματος, γνωστού σαν σχηματισμός σιδήρου σε ζώνες, θα μπορούσαν να παρακολουθήσουν τα επίπεδα του νικελίου στους ωκεανούς της Γης από πολύ νωρίς, για παράδειγμα από 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Έτσι διαπίστωσαν ότι υπήρχε μια αισθητή πτώση του νικελίου μεταξύ 2,7 και 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Μάλιστα 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, τα επίπεδα του νικελίου στους ωκεανούς είχαν μειωθεί περισσότερο από το μισό.

Αυτή δε η χρονική περίοδος σχετίζεται κατά τους ερευνητές με το Γεγονός της Μεγάλης Οξείδωσης, όταν δηλαδή το οξυγόνο άρχισε να συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα. 

Αλλά υπάρχει μια βασική ερώτηση αναπάντητη ακόμα: τι προκάλεσε την μείωση του νικελίου;

Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι φταίνε οι γεωλογικές μεταβολές. Υποστηρίζουν λοιπόν ότι η ψύξη του μανδύα της Γης (που στην αρχή ήταν καυτός) μείωσε τις εκρήξεις των ηφαιστειακών πετρωμάτων που είναι πλούσια σε νικέλιο, πράγμα που σημαίνει ότι υπήρχε λιγότερο νικέλιο να φύγει από τα βράχια και να διαλυθεί στους ωκεανούς. Αυτή η 'φτώχεια του νικελίου' είχε σοβαρή παρενέργεια στην μεθανογένεση, η οποία χρησιμοποιεί ένζυμα με βάση το νικέλιο για πολλές σημαντικές μεταβολικές αντιδράσεις.

Έτσι, μια γεωλογική στροφή μπορεί να επέτρεψε στα φωτοσυνθετικά φύκια να έχουν το πάνω χέρι, διοχετεύοντας οξυγόνο πιο γρήγορα από ό,τι μπορούσε να διασπαστεί. "Το Γεγονός της Μεγάλης Οξείδωσης είναι αυτό που άλλαξε ανεπανόρθωτα τα επιφανειακά περιβάλλοντα της Γης και τελικά έκανε δυνατή την ανάπτυξη της ζωής. Ήταν μια σημαντική καμπή στην εξέλιξη της ζωής πάνω στον πλανήτη μας, και τώρα είμαστε πιο κοντά στο να κατανοήσουμε πω συνέβησαν τα πράγματα", λέει ο Dominic Papineau, ένας από τους ερευνητές του Εργαστηρίου Γεωφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Alberta.

Η θεωρία του Γεγονότος της Μεγάλης Οξείδωσης αναφέρει επίσης ότι επειδή το οξυγόνο είναι πολύ ευαίσθητο είναι απαραίτητο να υπάρχει συνεχής παραγωγή του, αλλιώς εξαφανίζεται γρήγορα. Η παραγωγή του οξυγόνου σήμερα στηρίζεται στη φωτοσύνθεση, τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα με τη βοήθεια του ηλιακού φωτός σε οξυγόνο.

Τα πρώτα φωτοσυνθετικά μικρόβια, τα κυανοβακτήρια, πιστεύεται ότι εμφανίστηκαν στον πλανήτη 300 εκατομμύρια χρόνια πριν από το Γεγονός της Μεγάλης Οξείδωσης. Όμως, το οξυγόνο που φτιαχνόταν καταστρεφόταν αμέσως από το μεθάνιο που έφτιαχναν τα υπεράριθμα εκείνη την εποχή μεθανογενή βακτήρια τα οποία δεν χρειάζονταν οξυγόνο αφού είχαν αναπτύξει σύστημα αναερόβιας αναπνοής.