Σήμερα, το οξυγόνο είναι απαραίτητο για τη ζωή και υπάρχει συνεχώς στον αέρα που αναπνέουμε. Αλλά για το μεγαλύτερο μέρος της πρώιμης ιστορίας της Γης, αυτό δεν ήταν αλήθεια. Το οξυγόνο δεν έγινε σταθερό μέρος της ατμόσφαιρας μέχρι πριν από περίπου 2,3 δισεκατομμύρια χρόνια, κατά τη διάρκεια μιας μεταμορφωτικής περιόδου γνωστής ως το Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης (GOE). Αυτή η μετατόπιση άλλαξε μόνιμα τον πλανήτη και άνοιξε το δρόμο για τους οργανισμούς που αναπνέουν οξυγόνο να εξελιχθούν και να ευδοκιμήσουν.
Νέα στοιχεία έρχονται στο φως
Τώρα, ερευνητές στο MIT αναφέρουν στοιχεία που αποδεικνύουν ότι ορισμένες μορφές ζωής μπορεί να έμαθαν να χρησιμοποιούν οξυγόνο εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια πριν από το GOE. Τα ευρήματά τους θα μπορούσαν να αντιπροσωπεύουν μερικά από τα πρώτα σημάδια αερόβιας αναπνοής στη Γη.
Σε έρευνα που δημοσιεύτηκε στο Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, οι γεωβιολόγοι του MIT διερεύνησαν την προέλευση ενός κρίσιμου ενζύμου που επιτρέπει στους οργανισμούς να καταναλώνουν οξυγόνο. Αυτό το ένζυμο υπάρχει στις περισσότερες αερόβιες μορφές ζωής που αναπνέουν οξυγόνο σήμερα. Η ομάδα διαπίστωσε ότι εξελίχθηκε για πρώτη φορά κατά τη διάρκεια του Μεσοαρχείου, μιας γεωλογικής εποχής που συνέβη εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια πριν από το Μεγάλο Οξειδωτικό Γεγονός.
Τα αποτελέσματά τους μπορεί να βοηθήσουν στην απάντηση ενός μακροχρόνιου μυστηρίου στην ιστορία της Γης. Εάν τα μικρόβια που παράγουν οξυγόνο εμφανίστηκαν τόσο νωρίς, γιατί χρειάστηκε τόσος χρόνος για να συσσωρευτεί το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα;
Κυανοβακτήρια και Πρώιμη Παραγωγή Οξυγόνου
Οι πρώτοι γνωστοί παραγωγοί οξυγόνου ήταν τα κυανοβακτήρια. Αυτά τα μικρόβια ανέπτυξαν την ικανότητα να αξιοποιούν το ηλιακό φως και το νερό μέσω της φωτοσύνθεσης, απελευθερώνοντας οξυγόνο ως υποπροϊόν. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι τα κυανοβακτήρια εμφανίστηκαν πριν από περίπου 2,9 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό σημαίνει ότι πιθανότατα παρήγαγαν οξυγόνο για εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια πριν από το Μεγάλο Οξειδωτικό Γεγονός.
Τι συνέβη λοιπόν με όλο αυτό το πρώιμο οξυγόνο;
Οι ερευνητές υποψιάζονται εδώ και καιρό ότι οι χημικές αντιδράσεις με βράχους αφαίρεσαν μεγάλο μέρος του από το περιβάλλον. Η νέα μελέτη του MIT υποδηλώνει ότι οι ζωντανοί οργανισμοί μπορεί επίσης να το κατανάλωναν.
Η ομάδα βρήκε στοιχεία ότι ορισμένα μικρόβια ανέπτυξαν το οξυγόνο χρησιμοποιώντας ένζυμο πολύ πριν από το GOE. Οι οργανισμοί που ζούσαν κοντά σε κυανοβακτήρια θα μπορούσαν να έχουν χρησιμοποιήσει αυτό το ένζυμο για να καταναλώνουν γρήγορα μικρές ποσότητες οξυγόνου καθώς αυτό παρήχθη. Αν ναι, η πρώιμη ζωή μπορεί να έχει επιβραδύνει τη συσσώρευση οξυγόνου στην ατμόσφαιρα για εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια.
«Αυτό αλλάζει δραματικά την ιστορία της αερόβιας αναπνοής», λέει η συν-συγγραφέας της μελέτης Fatima Husain, μεταδιδακτορική στο Τμήμα Γης, Ατμοσφαιρικών και Πλανητικών Επιστημών (EAPS) του MIT. «Η μελέτη μας προσθέτει σε αυτήν την πολύ πρόσφατα αναδυόμενη ιστορία ότι η ζωή μπορεί να χρησιμοποίησε οξυγόνο πολύ νωρίτερα από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Μας δείχνει πόσο απίστευτα καινοτόμος είναι η ζωή σε όλες τις περιόδους της ιστορίας της Γης».
Ανιχνεύοντας την Προέλευση της Αερόβιας Αναπνοής
Αυτό το έργο βασίζεται σε χρόνια έρευνας στο MIT με στόχο την ανακατασκευή της ιστορίας του οξυγόνου στη Γη. Προηγούμενες μελέτες βοήθησαν να διαπιστωθεί ότι τα κυανοβακτήρια άρχισαν να παράγουν οξυγόνο πριν από περίπου 2,9 δισεκατομμύρια χρόνια, ενώ το οξυγόνο δεν συσσωρεύτηκε μόνιμα στην ατμόσφαιρα μέχρι πριν από περίπου 2,33 δισεκατομμύρια χρόνια κατά τη διάρκεια του Μεγάλου Οξειδωτικού Γεγονότος.
Εάν ορισμένοι οργανισμοί χρησιμοποιούσαν ήδη οξυγόνο, ακόμη και σε μικρές ποσότητες, θα μπορούσαν να είχαν βοηθήσει στη διατήρηση χαμηλών ατμοσφαιρικών επιπέδων για σημαντικό χρονικό διάστημα.
Για να διερευνήσουν αυτήν την ιδέα, οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στις αναγωγάσες οξυγόνου του χαλκού της αίμης. Αυτά τα ένζυμα είναι απαραίτητα για την αερόβια αναπνοή επειδή μετατρέπουν το οξυγόνο σε νερό. Βρίσκονται στους περισσότερους οργανισμούς που αναπνέουν οξυγόνο σήμερα, από βακτήρια έως ανθρώπους.
«Στοχεύσαμε τον πυρήνα αυτού του ενζύμου για τις αναλύσεις μας επειδή εκεί λαμβάνει χώρα η αντίδραση με το οξυγόνο», εξηγεί η Husain.
Χαρτογράφηση Ενζύμων στο Δέντρο της Ζωής
Η ομάδα ξεκίνησε να προσδιορίσει πότε εμφανίστηκε για πρώτη φορά αυτό το ένζυμο. Προσδιόρισαν τη γενετική του αλληλουχία και στη συνέχεια έψαξαν σε τεράστιες βάσεις δεδομένων γονιδιώματος που περιείχαν εκατομμύρια είδη για να βρουν αντίστοιχες αλληλουχίες.
«Το πιο δύσκολο μέρος αυτής της εργασίας ήταν ότι είχαμε πάρα πολλά δεδομένα», λέει ο Fournier. «Αυτό το ένζυμο είναι παντού και υπάρχει στους περισσότερους σύγχρονους ζωντανούς οργανισμούς. Έτσι, έπρεπε να λάβουμε δείγματα και να φιλτράρουμε τα δεδομένα σε ένα σύνολο δεδομένων που ήταν αντιπροσωπευτικό της ποικιλομορφίας της σύγχρονης ζωής και επίσης αρκετά μικρό για να κάνουμε υπολογισμούς, κάτι που δεν είναι ασήμαντο».
Αφού περιορίσαμε τα δεδομένα σε αρκετές χιλιάδες και είδος, οι ερευνητές τοποθέτησαν τις αλληλουχίες ενζύμων σε ένα εξελικτικό δέντρο της ζωής. Αυτό τους επέτρεψε να εκτιμήσουν πότε εμφανίστηκαν διαφορετικοί κλάδοι.
Όταν υπήρχαν απολιθώματα για έναν συγκεκριμένο οργανισμό, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν την εκτιμώμενη ηλικία του για να στηρίζουν αυτόν τον κλάδο του δέντρου. Εφαρμόζοντας πολλαπλά χρονικά σημεία βασισμένα σε απολιθώματα, βελτίωσαν τις εκτιμήσεις τους για το πότε εξελίχθηκε το ένζυμο.
www.worldenergynews.gr
