אשראי תמונה: נאס"א
כששני מטיילים סורקים את מאדים אחר סימני מים ומקודמי החיים, גיאוכימאים חשפו ראיות לכך שהאוקיינוסים הקדומים של כדור הארץ היו שונים בהרבה מזו של היום. המחקר, שפורסם בגיליון השבוע של כתב העת Science, מביא נתונים חדשים המראים כי האוקיינוסים המספקים את החיים בכדור הארץ הכילו פחות חמצן מזו של ימינו ויכול היה להיות כמעט נטול חמצן במשך מיליארד שנים ארוכות מכפי שחשבו בעבר. ממצאים אלה עשויים לעזור להסביר מדוע החיים המורכבים בקושי התפתחו במשך מיליארדי שנים לאחר שקמו.
המדענים, הממומנים על ידי הקרן הלאומית למדע (NSF) ומזוהים עם אוניברסיטת רוצ'סטר, חלוצים בשיטה חדשה שחושפת כיצד ייתכן שחמצן אוקיינוס השתנה ברחבי העולם. מרבית הגיאולוגים מסכימים כי כמעט ולא מומס חמצן באוקיינוסים עד לפני כשני מיליארד שנה, וכי הם היו עשירים בחמצן במהלך רוב חצי מיליארד השנים האחרונות. אבל תמיד הייתה תעלומה לגבי התקופה שבין לבין.
גיאוכימאים פיתחו דרכים לאתר סימנים של חמצן קדום באזורים מסוימים, אך לא באוקיינוסים של כדור הארץ בכללותו. עם זאת, ניתן להמחיש את שיטת הצוות כדי לתפוס את טבעם של כל האוקיינוסים ברחבי העולם.
"זו העדות הישירה הטובה ביותר לכך שהאוקיינוסים הגלובליים היו פחות חמצן באותה תקופה," אומר גייל ארנולד, דוקטורנט למדעי האדמה והסביבה באוניברסיטת רוצ'סטר, ומחבר הראשי של עבודת המחקר.
מוסיף אנריקיטה באררה, מנהלת התוכנית בחטיבת מדעי האדמה של NSF, "מחקר זה מבוסס על גישה חדשה, יישום איזוטופים של מוליבדן, המאפשרת למדענים לקבוע הפרעות גלובליות בסביבות אוקיינוס. האיזוטופים הללו פותחים דלת חדשה לבחינת תנאי האוקיאנוס האנוקסיים לרוחב הרשומה הגיאולוגית. "
ארנולד בחן סלעים מצפון אוסטרליה שהיו בקרקעית האוקיאנוס לפני למעלה ממיליארד שנה, תוך שימוש בשיטה החדשה שפותחה על ידיה וכותביו המשותפים, ג'יין ברלינג ואריאל ענבר. חוקרים קודמים קדחו כמה מטרים אל תוך הסלע ובחנו את הרכבו הכימי, ואישרו כי שמר מידע מקורי על האוקיינוסים שנשמר בבטחה. חברי הצוות החזירו את הסלעים האלה למעבדותיהם, שם השתמשו בטכנולוגיה חדשה שפותחה - קראו אספן מרובה צימוד אינדוקטיבי פלזמה המוני ספקטרומטר - לבחינת האיזוטופים של המוליבדן בתוך הסלעים.
היסוד מוליבדן נכנס לאוקיינוסים דרך נגר הנהר, מתמוסס במי ים ויכול להישאר מומס במשך מאות אלפי שנים. כשאתה נשאר בתמיסה כל כך הרבה זמן, מוליבדן מתערבב היטב בכל האוקיינוסים, מה שהופך אותו לאינדיקטור עולמי מצוין. לאחר מכן הוא מוציא מהאוקיאנוסים לשני סוגים של משקעים על קרקעית הים: אלה שנמצאים מתחת למים, עשירים בחמצן וכאלה שעניים בחמצן.
צוות רוצ'סטר בדק עם השותף טימוטי ליונס מאוניברסיטת מיזורי, דגימות מהקרקעית המודרנית, כולל המקומות הנדירים שיש כיום דלות חמצן. הם למדו שההתנהגות הכימית של האיזוטופים של המוליבדן במשקעים שונה בהתאם לכמות החמצן במים שמונחים. כתוצאה מכך, הכימיה של איזוטופים של מוליבדן באוקיינוסים העולמיים תלויה בכמה מי ים דלים בחמצן. הם גם מצאו כי המוליבדן בסוגים מסוימים של סלעים מתעד מידע זה על אוקיינוסים קדומים. בהשוואה לדגימות מודרניות, מדידות הכימיה של המוליבדן בסלעים מאוסטרליה מצביעות על אוקיינוסים עם הרבה פחות חמצן.
השאלה כמה פחות חמצן היא השאלה. עולם מלא באוקיינוסים אנוקסיים עלול להיות בעל השלכות חמורות על האבולוציה. האוקריוטות, מסוג התאים המרכיבים את כל האורגניזמים למעט חיידקים, מופיעים ברשומה הגיאולוגית כבר לפני 2.7 מיליארד שנה. אולם אוקיוטות עם תאים רבים - אבותיהם של צמחים ובעלי חיים - לא הופיעו לפני חצי מיליארד שנה, בערך באותה עת שהאוקיינוסים התעשרו בחמצן. עם הפליאונטולוג אנדרו קנול מאוניברסיטת הרווארד, אנבר קידם בעבר את ההשערה שתקופה ממושכת של אוקיינוסים אנוקסיים עשויה להיות המפתח לכך שהאוקריוטים המורכבים יותר בקושי יצאו מחייהם בזמן שבן דודיהם החיידקים הפורה משגשג. המחקר של ארנולד הוא צעד חשוב בבדיקת השערה זו.
"זה מדהים שאנחנו יודעים כל כך מעט על ההיסטוריה של האוקיינוסים של כוכב הלכת שלנו", אומר אנבר. "אם היה חמצן באוקיינוסים או לא, זו שאלה כימית פשוטה שאפשר היה לחשוב שקל לענות עליה. זה מראה עד כמה קשה להקניט מידע מתקליט הרוק וכמה יש לנו ללמוד על המקורות שלנו. "
להבין כמה פחות חמצן היה באוקיינוסים בעבר העתיק הוא השלב הבא. המדענים מתכננים להמשיך וללמוד כימיה של מוליבדן כדי לענות על שאלה זו, עם תמיכה מתמשכת של NSF ונאס"א, הסוכנויות שתמכו בעבודה הראשונית. המידע לא רק ישפוך אור על ההתפתחות שלנו, אלא עשוי לעזור לנו להבין את התנאים שעלינו לחפש בזמן שאנחנו מחפשים חיים מעבר לכדור הארץ.
המקור המקורי: פרסום חדשות NSF
