يمكن أن يساعدنا الفهم الأعمق للغلاف الجوي للأرض، في تحديد علامات الحياة خارج نظامنا الشمسي. استمرت ظروف الأكسجين المنخفضة لحوالي 800 مليون سنة، وظهر لأول مرة دليل على ظهور النظم البيئية المعقدة في السجل الصخري.
في البحث عن جواب عن سؤال: متى وصلت الأرض إلى مستويات كافية من الأكسجين لدعم الحياة عليها؟ اكتشف باحثون من جامعة ماكجيل أن ارتفاع مستويات الأكسجين حدث بالتزامن مع تطور وتوسع النظم البيئية المعقدة حقيقية النواة. وتمثل النتائج التي توصلوا إليها أقوى دليل حتى هذا التاريخ، على أن مستويات الأكسجين المنخفضة للغاية قد فرضت قيوداً مهمة على التطور لمليارات السنين.
يقول ماكسويل ليخت، باحث ما بعد الدكتوراه في قسم علوم الأرض والكواكب من جامعة ماكجيل: "حتى الآن، كانت هناك فجوة حرجة في فهمنا للدوافع البيئية في التطور الأول. فقد تميزت الأرض في بداية تشكلها بمستويات منخفضة من الأكسجين، حتى ارتفعت مستويات الأكسجين السطحي لتكون كافية للحياة على هذا الكوكب". لكن الإسقاطات حول متى حدث هذا الارتفاع اختلفت " بما يزيد عن مليار سنة - ربما قبل وقت طويل من تطور الكائنات الحية".
الأحجار الحديدية
للعثور على إجابات، فحص الباحثون الصخور الرسوبية الغنية بالحديد من جميع أنحاء العالم المترسبة في البيئات الساحلية القديمة. عند تحليل كيمياء الحديد في هذه الصخور، كان الباحثون قادرين على تقدير كمية الأكسجين الموجودة عند تشكل الصخور، وتأثيرها على الحياة المبكرة مثل الكائنات الحية الدقيقة حقيقية النواة – أسلاف الكائنات الحالية.
"تقدم هذه الأحجار الحديدية نظرة ثاقبة لمستويات الأكسجين في البيئات البحرية الضحلة، حيث كانت الحياة تتطور. يشير سجل الحجر الحديدي القديم إلى أقل من 1% من مستويات الأكسجين الحالية، والتي كان من الممكن أن يكون لها تأثير هائل على التعقيد البيئي"، كما تقول تشانغل وانغ، وهي باحثة في الأكاديمية الصينية للعلوم وشاركت في هذه الدراسة مع ليخت.
"استمرت ظروف الأكسجين المنخفضة هذه لحوالي 800 مليون سنة، تماماً ظهر لأول مرة دليل على ظهور النظم البيئية المعقدة في السجل الصخري. لذلك إذا كانت حقيقيات النوى المعقدة موجودة قبل ذلك الحين، فإن موائلها كانت ستقيد بسبب انخفاض الأكسجين" حسب ليخت.
تظل الأرض المكان الوحيد في الكون المعروف بإيواء الحياة. اليوم، الغلاف الجوي للأرض والمحيطات غنية بالأكسجين، لكن هذا لم يكن الحال دائماً. كانت أكسجة محيط الأرض والغلاف الجوي نتيجة لعملية التمثيل الضوئي، وهي عملية تستخدمها النباتات والكائنات الحية الأخرى لتحويل الضوء إلى طاقة - إطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي وخلق الظروف اللازمة للتنفس وحياة الكائنات الحية.
التوقيع الحيوي
وفقًا للباحثين، تشير النتائج الجديدة إلى أن الغلاف الجوي للأرض كان قادراً على الحفاظ على مستويات منخفضة من الأكسجين في الغلاف الجوي لمليارات السنين. وكان لهذا آثار مهمة على استكشاف علامات الحياة خارج نظامنا الشمسي، لأن البحث عن آثار الأكسجين في الغلاف الجوي هو طريقة البحث عن دليل على الحياة السابقة أو الحالية على كوكب آخر - أو ما يسميه العلماء التوقيع الحيوي.
يستخدم العلماء تاريخ الأرض لقياس مستويات الأكسجين التي يمكن لكوكب الأرض أن يستقر عندها. إذا تمكن الكوكب من الاستقرار عند مستويات الأكسجين المنخفضة في الغلاف الجوي، كما هو موشح من النتائج، فإن أفضل فرصة للكشف عن الأكسجين ستكون البحث عن منتجها الأوزوني الكيميائي الضوئي الثانوي، كما يقول الباحثون.
يقول نواه بلانافسكي - عالم الكيمياء الجيولوجية الحيوية في جامعة ييل: "يمتص الأوزون بشدة الأشعة فوق البنفسجية، ما يجعل اكتشاف الأوزون ممكناً حتى عند مستويات الأكسجين المنخفضة في الغلاف الجوي. ويشدد هذا العمل على أن الكشف عن الأشعة فوق البنفسجية عبر التلسكوبات الفضائية سيزيد بشكل كبير من فرصنا في العثور على علامات محتملة للحياة على كواكب خارج نظامنا الشمسي".
يقول الباحثون إن المزيد من الدراسات الجيوكيميائية للصخور من هذه الفترة الزمنية، ستسمح للعلماء برسم صورة أوضح لتطور مستويات الأكسجين خلال زمننا هذا، وفهم أفضل لردود الفعل على دورة الأكسجين العالمية بشكل أفضل.
----