میکروب ها و اکسیژن رسانی
ارتباط بین میکروب ها و اکسیژن رسانی از جمله مسائلی ست که محققان و دانشمندان همواره درباره آن به جستجو و تحقیق می پردازند. در این خبر قصد داریم تا پیشنهادات امروزی آنها را در این زمینه برای شما بیان کنیم.
خلاصه خبر
دانشمندان مکانیسم جدیدی را پیشنهاد می کنند که توسط آن می توان به این نتیجه رسید و اثبات کرد که چگونه ممکن است برای اولین بار اکسیژن در جو ایجاد شده باشد. در واقع حدود 2.3 میلیارد سال پیش، اکسیژن در اتمسفر شروع به تجمع کرد و در نهایت به سطوح حیاتی که امروزه تنفس می کنیم، رسید. یک فرضیه جدید مکانیسمی را نشان می دهد که چگونه ممکن است این اتفاق افتاده باشد.
تاریخ حضور اکسیژن در کره زمین
در ۲ میلیارد سال اول تاریخ زمین، به ندرت اکسیژن وجود داشت، در حالی که برخی از میکروب‌ها در اواخر این دوره فتوسنتز می‌کردند، اکسیژن هنوز در سطوحی انباشته نشده بود که بر بیوسفر جهانی تأثیر بگذارد.
رویداد بزرگ اکسیژن رسانی GOE
حدود 2.3 میلیارد سال پیش، این تعادل پایدار و کم اکسیژن تغییر کرد و اکسیژن در اتمسفر شروع به تجمع کرد و در نهایت به سطوح حیاتی که امروز تنفس می‌کنیم رسید. این تزریق سریع به عنوان رویداد بزرگ اکسیژن رسانی یا GOE شناخته می شود. آنچه باعث این رویداد شد و این سیاره را از مخزن کم اکسیژن خود بیرون کشید، یکی از اسرار بزرگ علم است که دانشمندان به دنبال کشف و بررسی آن هستند.
فرضیه جدید اکسیژن رسانی
فرضیه جدیدی که توسط دانشمندان MIT ارائه شده است، نشان می دهد که در نهایت اکسیژن در جو به لطف برهم کنش بین برخی از میکروب های دریایی و مواد معدنی در رسوبات اقیانوس شروع به انباشته شدن در جو کرد. این فعل و انفعالات به جلوگیری از مصرف اکسیژن کمک کرد و یک فرآیند خودتقویت‌کننده را آغاز کرد که در آن اکسیژن بیشتر و بیشتری برای تجمع در جو در دسترس بود. دانشمندان فرضیه خود را با استفاده از تحلیل‌های ریاضی و تکاملی مطرح کردند و نشان می‌دهند که در واقع قبل از GEO میکروب‌هایی وجود داشته‌اند که توانایی تعامل با رسوب را به روشی که محققان پیشنهاد کرده‌اند تکامل داده‌اند.
مطالعات این گروه از دانشمندان در Nature Communications منتشر شده است و از اولین مطالعاتی ست که در آن تکامل مشترک میکروب ها و مواد معدنی را به اکسیژن رسانی زمین مرتبط می کند.
Daniel Rothman، نویسنده این مطالعه، استاد ژئوفیزیک در بخش زمین، جو و علوم سیاره ای MIT (EAPS) می گوید: «احتمالاً مهم ترین تغییر بیوژئوشیمیایی در تاریخ سیاره، اکسیژن رسانی به جو بوده است. ما نشان می‌دهیم که چگونه فعل و انفعالات میکروب‌ها، مواد معدنی و محیط ژئوشیمیایی به طور هماهنگ برای افزایش اکسیژن در جو عمل کردند.
اکسیژن امروز
سطح اکسیژن امروزی در اتمسفر تعادل پایداری بین فرآیندهایی است که اکسیژن تولید می کنند و آنهایی که آن را مصرف می کنند. قبل از GOE، جو تعادل متفاوتی داشت، و تولیدکنندگان و مصرف کنندگان اکسیژن در تعادل بودند، اما این تعادل بین آنها به گونه ای بود که اکسیژن اضافی زیادی برای جو باقی نمی گذاشت.
چه چیزی می تواند سیاره را از یک حالت کمبود اکسیژن به حالت غنی از اکسیژن خارج کند؟
Fournier خاطرنشان می کند :«اگر به تاریخ زمین نگاه کنید، به نظر می رسد که دو پرش وجود داشته است، جایی که شما از حالت ثابت با اکسیژن کم به حالت ثابت با اکسیژن بسیار بالاتر رفتید، یک بار در پالئوپروتروزوییک، یک بار در نئوپروتروزوییک». این جهش ها نمی تواند به دلیل افزایش تدریجی اکسیژن اضافی باشد.
او و همکارانش تعجب کردند که آیا چنین حلقه بازخورد مثبتی می‌تواند از فرآیندی در اقیانوس حاصل شود که باعث می‌شود مقداری کربن آلی در دسترس مصرف‌کنندگان قرار نگیرد. کربن آلی عمدتاً از طریق اکسیداسیون مصرف می‌شود، که معمولاً با مصرف اکسیژن همراه است – فرآیندی که طی آن میکروب‌های اقیانوس از اکسیژن برای تجزیه مواد آلی، مانند ریزه‌های رسوب‌شده در رسوبات، استفاده می‌کنند. این تیم تعجب کرد: آیا ممکن است فرآیندی وجود داشته باشد که حضور اکسیژن باعث تجمع بیشتر آن شود؟
شانگ و روتمن یک مدل ریاضی ارائه کردند که پیش‌بینی زیر را انجام داد: اگر میکروب‌ها توانایی اکسید کردن جزئی مواد آلی را داشته باشند، ماده نیمه اکسید شده یا «POOM» به طور مؤثر «چسبنده» می‌شود و از نظر شیمیایی به مواد معدنی متصل می‌شود به گونه ای که از مواد در برابر اکسیداسیون بیشتر محافظت می کند. بنابراین اکسیژنی که در غیر این صورت برای تجزیه کامل مواد مصرف می‌شد، در عوض آزادانه در اتمسفر جمع می شود. آنها دریافتند که این فرآیند می تواند به عنوان یک بازخورد مثبت عمل کند و یک پمپ طبیعی برای فشار دادن جو به یک تعادل جدید با اکسیژن بالا را ارائه دهد.
Fournier می گوید: این مسئله باعث شد تا این پرسش در ذهن ما شکل بگیرد که آیا متابولیسم میکروبی ای وجود دارد که بتواند Poom تولید کند؟
برای پاسخ به این پرسش، این تیم در متون علمی جستجو کردند و گروهی از میکروب ها را شناسایی کردند که تا حدی مواد آلی را در اعماق اقیانوس امروز اکسید می کنند. این میکروب ها متعلق به گروه باکتریایی SAR202 هستند و اکسیداسیون جزئی آنها از طریق آنزیم Baeyer-Villiger monooxygenase یا BVMO انجام می شود. درنهایت این تیم تجزیه و تحلیل فیلوژنتیکی انجام داد تا ببیند میکروب و ژن آنزیم تا چه اندازه می تواند ردیابی شود. آنها دریافتند که این باکتری در واقع دارای اجدادی است که قدمت آنها به قبل از GOE برمی‌گردد و ژن آنزیم را می‌توان در گونه‌های مختلف میکروبی تا قبل از GOE، ردیابی کرد.
علاوه بر این، آنها دریافتند که تنوع ژن، یا تعداد گونه‌هایی که ژن را به دست آورده‌اند، در زمان‌هایی که اتمسفر با افزایش اکسیژن‌رسانی مواجه می‌شود، به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد، از جمله یک بار در دوره پالئوپروتروزوییک GOE و بار دیگر در نئوپروتروزوییک. شانگ می گوید : چیزی که ما دریافتیم همبستگی بین تنوع ژن های تولید کننده Poomو سطح اکسیژن در جو است و همین مسئله نظریه کلی ما را تایید می کند.
کلام آخر
برای تایید این فرضیه به پیگیری های بسیار بیشتری نیاز است، از آزمایش های آزمایشگاهی گرفته تا بررسی های میدانی، و از این دست فعالیت ها. این تیم با مطالعه جدید خود، مظنون جدیدی را در مورد آنچه که سبب اکسیژن رسانی به جو زمین در گذشته شده است معرفی می کند.
Fournier می گوید:« پیشنهاد یک روش جدید و نشان دادن شواهدی برای معقول بودن آن، اولین گام اما مهم است. ما این نظریه را به عنوان نظریه ای که ارزش مطالعه دارد شناسایی کرده ایم.»
این پژوهش و مطالعات تا حدی توسط صندوق کاتالیست mTerra و بنیاد ملی علوم پشتیبانی شد.
منبع : https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220314095704.htm