עליית החמצן באטמוספירה

ריכוז החמצן באטמוספרה ובאוקיינוסים בכדור הארץ עלה לאורך ההיסטוריה הגיאולוגית, במקביל להתפתחות החיים. מחקרים רבים ניסו להבין את הקשר בין עליית החמצן להתפתחות חיים מורכבים, אך עדיין קיימת אי-הסכמה לגבי התזמון והתלות ההדדית בין שתי התופעות. בעוד שאחדים הציעו כי עליית ריכוזי חמצן באוקיינוסים, לריכוזים הדומים לימינו לפני כ-800-500 מיליוני שנים, היא שאפשרה התפתחות חיים מורכבים בתקופה זו, אחרים טענו שעליית ריכוזי החמצן בסביבות ימיות הייתה מאוחרת להתפתחות חיים מורכבים – ומציעים שכנראה נבעה ממנה.

מחקר חדש, בהובלת ד"ר מיכל בן ישראל וד"ר אורי ריב מהמכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית, בשיתוף חוקרים בינלאומיים, בחן את הקשר בין עליית החמצן להתפתחות חיים מורכבים על ידי פיתוח גישה חדשה המבוססת על תיארוך אורניום-עופרת של סלעי משקע ימיים עתיקים.

המחקר מצא שעליית החמצן התרחשה בסביבות ימיות לפני כ 400 מיליון שנים; מאות מיליוני שנים לאחר התפתחות חיים מורכבים, כמו למשל בעלי החיים. ממצא זה תומך באפשרות שהתפתחות החיים היא זו שגרמה לעלייה המשמעותית בריכוז החמצן באוקיינוסים.

במחקרם, שפורסם לאחרונה בכתב העת Nature Communications, פיתח צוות החוקרים גישה חדשה לשיחזור ריכוז החמצן בסביבות ימיות בהן התפתחו החיות המורכבות הראשונות. לדבריהם, האתגר בשחזור כזה נובע מגילם העתיק (מיליונים עד מיליארדי שנים) של הסלעים.

בין זמן היווצרות הסלעים בסביבות עתיקות לימינו, ריכוזי יסודות, הרגישים לריכוזי חמצן, עלולים להשתנות והעדות לקיום או היעדר חמצן בפני השטח הקדומים עלולה להעלם. שיטתם של ריב ובן ישראל, המבוססת על מדידת גילי אורניום-עופרת בדולומיטים (סלעי משקע נפוצים), מאפשרת לבחון את היחס בין יסודות הרגישים לריכוז חמצן בשלב ראשוני של יצירת הסלע  - ולכן מעידה על עליית ריכוזי החמצן בסביבה הימית בה נוצרו הסלעים.

המחקר שלנו מאשש סברה חדשה לגבי הקשר בין שני תהליכים אלו ושולל סברה קודמת לפיה עליית החמצן הייתה תנאי מקדים להתפתחות חיים מורכבים. כעת, אנו מראים שחיים מורכבים יכלו להתקיים גם בסביבות דלות בחמצן", מסבירה ד"ר בן ישראל.

ד"ר ריב סיכם את משמעות המחקר: "הבנת הקשר שבין עליית חמצן באטמוספרה ובים, ובין התפתחות חיים מורכבים, משליכה על שאלת החיים ביקום. ממצאי המחקר תורמים להבנה טובה יותר של הקשר בין עליית החמצן להתפתחות חיים מורכבים, ולכן יש להם גם השלכות חשובות על תחום האסטרוביולוגיה, העוסק בחיפוש אחר חיים ביקום. הממצאים שלנו מצביעים על כך שריכוזי חמצן גבוהים, ככל שיתגלו באטמוספרה של פלנטות רחוקות, אינן בהכרח תנאי מקדים לקיום חיים מורכבים".