Zaskakująca historia tlenu, bez którego nie byłoby nas

Załóżmy, że siedzisz sobie spokojnie i oddychasz. Wdech, wydech. Nic specjalnego. Ale teraz wyobraź sobie, że mówię ci, iż niemal dosłownie mogło nas tu nie być.

Ziemia prawie spaliła na panewce.

Jak to możliwe? Około 2,3 miliarda lat temu doszło do czegoś, co nazywamy Wielkim Utlenieniem – momentu, gdy tlen wreszcie na stałe zadomowił się w naszej atmosferze. To była prawdziwa rewolucja planetarna. Tyle że naukowców od lat nurtowało pytanie: skoro tlen już był, to dlaczego go nie straciliśmy? Przecież w chemii ziemskiej dzieje się tyle rzeczy, które chętnie by ten gaz skonsumowały.

No i właśnie – ktoś w końcu znalazł odpowiedź. A jest naprawdę fascynująca.

Starożytne oceany i ich sprytny patent

Grupa badaczy, z geologiem Andreyem Bekkerem z UC Riverside na czele, przyjrzała się skałom sprzed ponad dwóch miliardów lat – konkretnie tym z Południowej Afryki. Te skały to takie wehikuły czasu. Trzymają w sobie informacje o tym, jak wyglądała Ziemia wtedy, gdy powietrze, którym teraz oddychamy, było jeszcze nowością na rynku.

To, co odkryli, to mechanizm sprzężenia zwrotnego tak elegancki, że aż chce się myśleć, że planeta miała to zaplanowane (no jasne, planety niczego nie planują, ale rozumiecie, o co chodzi).

Działało to tak:

Kiedy tlen zaczął się gromadzić w atmosferze, reagował z oceanami w sposób, który podnosił poziom siarczanów. Brzmi nudnawe, prawda? Siarczany nie robią takiego wrażenia jak tlen czy węgiel. A jednak okazały się kluczowe. Otóż pewne mikroby po prostu je uwielbiają. Wykorzystują siarczany do rozkładania materii organicznej – i co ważne, w tym procesie uwalniają fosfor z powrotem do wody.

Fosfor to taki Goldilocks składnik odżywczy – za mało i nic nie rośnie, za dużo i zaczyna się chaos. Ale ten starożytny system recyklingu utrzymywał fosfor w ilościach idealnie dopasowanych.

Więcej fosforu oznaczało więcej życia. A więcej życia oznaczało więcej węgla organicznego zakopywanego w osadach dennych – zamiast rozkładać się i pochłaniać cały ten cenny tlen. Planeta po prostu nauczyła się oszczędzać tlen, magazynując węgiel w dnie oceanu. Sprytne, prawda?

Im głębiej to rozumiem, tym bardziej dochodzę do wniosku, że Ziemia od miliardów lat prowadzi naprawdę imponujące projekty inżynierii naturalnej.

Dlaczego to przełomowe odkrycie

Tu zaczyna się robić naprawdę ciekawe. Naukowcy opracowali nową technikę badania tych starożytnych skał, która daje nam obraz o niebo wyraźniejszy niż dotychczas.

Wcześniejsze badania mierzyły ogólną ilość fosforu w skałach, ale nie potrafiły rozróżnić dwóch rodzajów: fosforu dostępnego dla organizmów i fosforu uwięzionego w mineralnych strukturach – zupełnie niedostępnego dla życia.

Nowa metoda? Badacze rozpuszczali skałę krok po kroku, mineral po mineralu, oddzielając fosfor "użyteczny" od tego uwięzionego w kamieniu. To trochę jak z wodą – jedno to wiedzieć, że jest na planecie, a drugie wiedzieć, ile da się faktycznie napić się.

„Teraz możemy oddzielić fosfor dostępny dla organizmów od tego uwięzionego w skałach" – wyjaśnia Bekker. „To daje nam znacznie wyraźniejszy obraz poziomów składników odżywczych w starożytnych oceanach".

Takie postępy w nauce uwielbiam najbardziej. Nie tylko znajdujemy odpowiedź, ale najpierw tworzymy lepsze narzędzia, żeby w ogóle móc właściwe pytania zadawać.

Burzliwa historia ziemskiego tlenu

Jedna z najbardziej zastanawiających implikacji tego badania dotyczy tego, jak dramatyczna mogła być historia ziemskiego tlenu.

Kiedyś naukowcy sądzili, że po Wielkim Utlenieniu poziom tlenu był raczej stabilny – po prostu powoli rósł, aż w końcu mogły pojawić się zwierzęta. Ale jeśli ten system recyklingu fosforu tworzył takie sprzężenia zwrotne, to poziom tlenu mógł przechodzić przez ogromne wahania przez dziesiątki, a nawet setki milionów lat.

Zastanów się nad tym przez chwilę. Atmosfera ziemska nie była gładką, stopniową progresją w kierunku większej ilości tlenu. Bardziej przypominała rollercoaster z przeróżnymi wzlotami i upadkami.

A to rodzi intrygujące pytanie: skoro tlen był dostępny przez tak długi czas, dlaczego tak długo trwało, zanim pojawiło się życie złożone? Mamy te piękne, miliardoletnie oceany pełne tlenu, a mimo to minęły kolejne dwie miliardy lat, zanim cokolwiek bardziej skomplikowanego niż jednokomórkowe organizmy się pojawiło.

Może tlen wcale nie był tym ograniczającym czynnikiem. Może coś innego hamowało rozwój. Takie naukowe zagadki nie даwają naukowcom spać – i szczerze mówiąc, nie mogę się doczekać, co odkryją dalej.

A co to ma wspólnego ze mną?

Wiem, co myślisz: „Fajne, ale co z tego mam?"

Otóż całkiem sporo. Zrozumienie, jak Ziemia utrzymywała warunki sprzyjające życiu, to pierwszy krok do odkrycia, co w ogóle sprawia, że planeta jest zamieszkiwalna. A jeśli szukamy potencjalnie nadających się do życia światów wokół innych gwiazd, to znajomość takich mechanizmów jak ten cykl fosforu może nam pomóc wskazać, które planety mają potencjał.

Poza tym – jest coś głęboko pokornego i budującego w uświadomieniu sobie, że nasza atmosfera, bez której nie przeżyjemy nawet kilku minut, to rezultat miliardów lat skomplikowanego tańca chemii i biologii. Każdy oddech, który bierzesz, łączy cię ze starożytnymi oceanami, z mikrobami żyjącymi miliardy lat temu, z systemem planetarnym, który jakoś utrzymał się przy życiu dzięki czystej chemicznej determinacji.

Kiedy się nad tym zastanowić, to naprawdę niesamowite.

Więc następnym razem, gdy weźmiesz głęboki oddech, może rzuć myślowego boiska w stronę tych starożytnych oceanów, które robiły ciężką robotę utrzymywania Ziemi przy życiu na długo przed tym, zanim ktokolwiek był w stanie to docenić.

Źródło: ScienceDaily