حقوق الصورة: ناسا
بينما يتجول مركبان متجولان في المريخ بحثًا عن علامات الماء وسلائف الحياة ، اكتشف علماء الكيمياء الجيولوجية أدلة على أن محيطات الأرض القديمة كانت مختلفة كثيرًا عن محيطات اليوم. يشير البحث ، الذي نُشر في عدد هذا الأسبوع من مجلة Science ، إلى بيانات جديدة تُظهر أن محيطات الأرض التي تمنح الحياة تحتوي على كمية أقل من الأكسجين مما هي عليه اليوم وقد تكون خالية تقريبًا من الأكسجين لمدة مليار سنة أطول مما كان يُعتقد سابقًا. قد تساعد هذه النتائج في تفسير سبب تطور الحياة المعقدة بالكاد لمليارات السنين بعد ظهورها.
ابتكر العلماء ، الممولون من مؤسسة العلوم الوطنية (NSF) والمنتسبين إلى جامعة روتشستر ، طريقة جديدة تكشف كيف تغيرت أكسجين المحيطات على مستوى العالم. يتفق معظم الجيولوجيين على أنه لم يكن هناك أي أكسجين ذائب تقريبًا في المحيطات حتى حوالي 2 مليار سنة مضت ، وأنهم كانوا غنيين بالأكسجين خلال معظم نصف مليار عام الماضية. ولكن كان هناك دائمًا لغز حول الفترة بينهما.
طور علماء الكيمياء الجيولوجية طرقًا لاكتشاف علامات الأكسجين القديم في مناطق معينة ، ولكن ليس في محيطات الأرض ككل. ومع ذلك ، يمكن استقراء طريقة الفريق لاستيعاب طبيعة جميع المحيطات حول العالم.
يقول جيل أرنولد ، طالب الدكتوراه في علوم الأرض والبيئة بجامعة روتشستر والمؤلف الرئيسي لورقة البحث: "هذا أفضل دليل مباشر على أن المحيطات العالمية كانت تحتوي على كمية أقل من الأكسجين خلال تلك الفترة".
يضيف Enriqueta Barrera ، مدير البرنامج في قسم علوم الأرض في NSF ، "تستند هذه الدراسة إلى نهج جديد ، وهو تطبيق نظائر الموليبدينوم ، والذي يسمح للعلماء بالتأكد من الاضطرابات العالمية في بيئات المحيطات. تفتح هذه النظائر بابًا جديدًا لاستكشاف ظروف المحيطات غير المؤكسدة في بعض الأحيان عبر السجل الجيولوجي ".
درست أرنولد الصخور من شمال أستراليا التي كانت في قاع المحيط منذ أكثر من مليار عام ، باستخدام الطريقة الجديدة التي طورتها هي والمؤلفون المشاركون لها ، جين بارلينج وأرييل أنبار. حفر باحثون سابقون عدة أمتار في الصخور واختبروا تركيبها الكيميائي ، مؤكدين أنها احتفظت بالمعلومات الأصلية حول المحيطات المحفوظة بأمان. أعاد أعضاء الفريق تلك الصخور إلى مختبراتهم حيث استخدموا تكنولوجيا مطورة حديثًا - تسمى مطياف الكتلة البلازمية المجمعة المتعددة بالحث - لفحص نظائر الموليبدينوم داخل الصخور.
يدخل عنصر الموليبدينوم المحيطات من خلال جريان النهر ، ويذوب في مياه البحر ، ويمكن أن يبقى مذوبًا لمئات الآلاف من السنين. من خلال البقاء في الحل لفترة طويلة ، يمتزج الموليبدينوم جيدًا في جميع أنحاء المحيطات ، مما يجعله مؤشرًا عالميًا ممتازًا. ثم يتم إزالته من المحيطات إلى نوعين من الرواسب في قاع البحر: تلك التي تقع تحت المياه ، والأكسجين الغني والأخرى فقيرة بالأكسجين.
بالتعاون مع المؤلف المشارك تيموثي ليونز من جامعة ميسوري ، قام فريق روتشستر بفحص عينات من قاع البحر الحديث ، بما في ذلك المواقع النادرة التي تفتقر إلى الأكسجين اليوم. وعلموا أن السلوك الكيميائي لنظائر الموليبدينوم في الرواسب يختلف باختلاف كمية الأكسجين في المياه المتراكمة. ونتيجة لذلك ، تعتمد كيمياء نظائر الموليبدينوم في المحيطات العالمية على كمية مياه البحر التي تفتقر إلى الأكسجين. ووجدوا أيضًا أن الموليبدينوم في أنواع معينة من الصخور يسجل هذه المعلومات حول المحيطات القديمة. مقارنة بالعينات الحديثة ، تشير قياسات كيمياء الموليبدينوم في الصخور من أستراليا إلى المحيطات ذات الأكسجين الأقل بكثير.
كم هو أقل أكسجين السؤال. يمكن أن يكون لعالم مليء بالمحيطات غير المؤكسدة عواقب وخيمة على التطور. حقيقيات النوى ، وهي نوع من الخلايا التي تتكون منها جميع الكائنات الحية باستثناء البكتيريا ، تظهر في السجل الجيولوجي منذ 2.7 مليار سنة مضت. لكن حقيقيات النوى التي تحتوي على العديد من الخلايا - أسلاف النباتات والحيوانات - لم تظهر قبل نصف مليار سنة ، في الوقت الذي أصبحت فيه المحيطات غنية بالأكسجين. مع عالم الحفريات أندرو نول من جامعة هارفارد ، تقدم الأنبار في السابق الفرضية القائلة بأن فترة طويلة من المحيطات غير المسببة للأكسدة قد تكون المفتاح وراء السبب الذي جعل الكائنات حقيقية النواة الأكثر تعقيدًا بالكاد تكسب عيشها بينما ازدهر أبناء عمومتها البكتيريون. تعد دراسة أرنولد خطوة مهمة في اختبار هذه الفرضية.
يقول الأنبار: "من الرائع أننا لا نعرف سوى القليل عن تاريخ محيطات كوكبنا". "سواء كان هناك أكسجين في المحيطات أم لا ، فهذا سؤال كيميائي مباشر تعتقد أنه سيكون من السهل الإجابة عليه. إنه يظهر مدى صعوبة إثارة المعلومات من سجل الروك ومقدار ما يمكننا معرفته عن أصولنا ".
الخطوة التالية هي معرفة مقدار نقص الأكسجين في المحيطات في الماضي القديم. يخطط العلماء لمواصلة دراسة كيمياء الموليبدينوم للإجابة على هذا السؤال ، بدعم مستمر من NSF و NASA ، الوكالات التي دعمت العمل الأولي. لن تسلط المعلومات الضوء على تطورنا فحسب ، بل قد تساعدنا على فهم الظروف التي يجب أن نبحث عنها أثناء بحثنا عن الحياة خارج الأرض.
المصدر الأصلي: NSF News Release
