Πόσο Μεγάλο ήταν το Γεγονός Οξείδωσης της Γης;

Τα χαρακτηριστικά κόκκινα νερά του Rio Tinto στο Berrocal στη νότια Ισπανία εμφανίζονται εδώ τον Απρίλιο του 2019. Από: Aubrey Zerkle.

Η γεωχημική έρευνα εν μέσω όξινης απορροής ορυχείων υποδηλώνει ότι οι επιστήμονες θα πρέπει να ξανασκεφτούν ένα σήμα ισοτόπου που λαμβάνεται από καιρό για να υποδείξει χαμηλά επίπεδα ατμοσφαιρικού οξυγόνου στο βαθύ παρελθόν της Γης.

Αν το νερό είναι το κλειδί για τη ζωή, τότε το οξυγόνο είναι το κλειδί για τη ζωή των ζώων. Όλα τα ζώα αναπνέουν οξυγόνο. Παρά τις δεκαετίες έρευνας, ωστόσο, οι επιστήμονες εξακολουθούν να μην γνωρίζουν πότε η ατμόσφαιρα της Γης είχε αρκετό ελεύθερο οξυγόνο για να υποστηρίξει τα πρώιμα ζώα του πλανήτη. Οι περισσότεροι γεωλόγοι συμφωνούν ότι το οξυγόνο συσσωρεύτηκε για πρώτη φορά στην ατμόσφαιρα πριν από περίπου 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια . Αλλά δεν συμφωνούν για το πόσο υπήρχε εκείνη την εποχή ή αν ήταν αρκετό για να ευδοκιμήσουν τα ζώα.

Επιστήμονες έχουν βρει πρόσφατα νέες ενδείξεις για να απαντήσουμε σε αυτές τις ερωτήσεις από μια απίθανη πηγή: τα όξινα, πλούσια σε μέταλλα νερά του Rio Tinto στη νότια Ισπανία. Η σύνθεση αυτών των νερών θεωρείται ακραία σήμερα, ωστόσο το είδος της αποστράγγισης όξινων πετρωμάτων που προκαλεί αυτές τις συνθήκες ήταν ευρέως διαδεδομένο πριν από πολύ καιρό, όταν το πρόσφατα διαθέσιμο ατμοσφαιρικό οξυγόνο άρχισε για πρώτη φορά να αλληλεπιδρά με ορυκτά θείου στην ξηρά.

Στην εργασία τους, έδειξαν ότι η χημεία που εμφανίζεται σε αυτά τα όξινα νερά μπορεί να συμβιβάσει φαινομενικά αντιφατικές εκτιμήσεις των προηγούμενων επιπέδων αναπνεύσιμου οξυγόνου που καθορίστηκαν από αρχαία ιζήματα. Τα δεδομένα τους υποστηρίζουν αυξανόμενες ενδείξεις ότι υπήρχε αρκετό οξυγόνο ώστε τα ζώα να είχαν εξελιχθεί σχεδόν 2 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.

Η πρώτη «μεγάλη οξείδωση» της γης

Όταν οι μονοκύτταροι πρόγονοι των φυτών έμαθαν να συνδυάζουν διοξείδιο του άνθρακα και νερό, αυτοί οι πρώτοι καινοτόμοι έφτυσαν ένα άχρηστο προϊόν που παλαιότερα απουσίαζε από το περιβάλλον τους: το ελεύθερο μοριακό οξυγόνο.

Μια κρίσιμη μετάβαση στην ιστορία του πλανήτη μας συνέβη όταν οι μονοκύτταροι πρόγονοι των φυτών έμαθαν να συνδυάζουν διοξείδιο του άνθρακα και νερό -δύο χημικές ουσίες που βρίσκονται παντού στη Γη- για να φτιάξουν τα κύτταρά τους και να παράγουν ενέργεια. Αυτοί οι πρώτοι καινοτόμοι έφτυσαν ένα απόβλητο προϊόν που παλαιότερα απουσίαζε από το περιβάλλον τους: το ελεύθερο μοριακό οξυγόνο (O2 ). Αυτό το εξαιρετικά αντιδραστικό αέριο άρχισε να τρέχει αχαλίνωτο στην επιφάνεια της Γης, αφήνοντας ενδεικτικά σημάδια της δραστηριότητάς του σε ορυκτά και ιζήματα.

Έχουν περάσει περισσότερες από 5 δεκαετίες από τότε που οι επιστήμονες άρχισαν να αποκρυπτογραφούν αυτά τα σημάδια από το γεωλογικό αρχείο. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι περισσότεροι επιστήμονες έχουν συμφωνήσει ότι το O2 έφτασε για πρώτη φορά σε αξιόλογες συγκεντρώσεις στην ατμόσφαιρα της Γης περίπου πριν από 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια, κατά τη διάρκεια του Μεγάλου Γεγονότος Οξείδωσης (GOE) [ Farquhar et al. , 2014]. Οι γεωλόγοι που περιέγραψαν για πρώτη φορά το GOE υπολόγισαν ότι τα επίπεδα οξυγόνου αυξήθηκαν από σχεδόν μηδενικά σε περίπου 10%-40% αυτού που είναι σήμερα (το οξυγόνο αποτελεί σήμερα το 21% του αέρα που αναπνέουμε). Πρότειναν επίσης ότι το ατμοσφαιρικό O2 παρέμεινε σε αυτά τα επίπεδα μέχρι να φτάσει σε σύγχρονα επίπεδα περισσότερο από 1,5 δισεκατομμύριο χρόνια αργότερα. Αυτό το εκτεταμένο διάστημα συνέπεσε κατά προσέγγιση με τον τρίτο και μεγαλύτερο από τους τέσσερις γεωλογικούς αιώνες της ιστορίας της Γης, τον Προτεροζωικό.

Άλλοι ερευνητές αμφισβήτησαν από τότε αυτές τις αρχικές εκτιμήσεις του Προτεροζωικού O2 . Υποδηλώνουν ότι οι συγκεντρώσεις οξυγόνου αυξήθηκαν σε λιγότερο από το 0,1% του σημερινού επιπέδου κατά τη διάρκεια του GOE και παρέμειναν εκεί, με μόνο περιστασιακές βραχυπρόθεσμες αυξήσεις, κατά τον επόμενο αιώνα. Αυτή η ουσιαστική διάκριση -10% ή περισσότερο έναντι λιγότερο από 0,1%- έχει κρίσιμη σημασία για τον ρόλο του οξυγόνου στην εξέλιξη των ζώων. Διάφορες μορφές ζωικής ζωής απαιτούν διαφορετικά ελάχιστα επίπεδα οξυγόνου για επιβίωση, αλλά ακόμη και πρωτόγονα ζώα όπως τα σφουγγάρια απαιτούν τουλάχιστον το 0,25% των σημερινών επιπέδων οξυγόνου της ατμόσφαιρας για να μεταβολιστούν [ Cole et al. , 2020].

Στο αρχείο απολιθωμάτων, οι παλαιοντολόγοι έχουν βρει τους αρχαιότερους αδιαμφισβήτητους απολιθωμένους ευκαρυώτες, τους μονοκύτταρους πρόδρομους των ζώων, σε θαλάσσια ιζήματα που συσσωρεύτηκαν πριν από περίπου 1,7 δισεκατομμύρια χρόνια [ Knoll and Nowak , 2017]. Παρά την αδιαμφισβήτητη αρχαιότητα των ευκαρυωτών, απολιθώματα μεγάλων πολυκύτταρων μορφών ζωής που αντιπροσωπεύουν υποτιθέμενα ζώα δεν εμφανίζονται παρά περισσότερο από ένα δισεκατομμύριο χρόνια αργότερα στον βίον Ediacaran ηλικίας 0,57 δισεκατομμυρίων ετών και αδιαμφισβήτητα ζώα δεν εμφανίζονται μέχρι την Κάμβρια περίοδο πριν από περίπου 0,54 δισεκατομμύρια χρόνια.

Μερικά από τα πρώτα υποτιθέμενα ζώα που βρέθηκαν στο αρχείο απολιθωμάτων αντιπροσωπεύονται σε αυτήν την αναπαραγωγή ζωής από την περίοδο Ediacara (635–541 εκατομμύρια χρόνια πριν) στο Εθνικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας Smithsonian στην Ουάσιγκτον, Από: Ryan Schwark/Wikimedia Commons , CC0 1.0 Universal.

Οι παλαιοντολόγοι έχουν επίσης περιγράψει μια έντονη επέκταση των απολιθωμάτων ευκαρυωτών πριν από περίπου 0,8 δισεκατομμύρια χρόνια, που συμπίπτει με τη στιγμή που το ατμοσφαιρικό O2 έφτασε σχεδόν τα σύγχρονα επίπεδα . Μερικοί ερευνητές υποθέτουν ότι αυτή η αύξηση του O2 επέτρεψε σε αυτούς τους πρώιμους ευκαρυώτες να διαφοροποιηθούν και τελικά να εξελιχθούν σε πολυκύτταρα ζώα. Αλλά αυτό το απλό σενάριο αιτίου-αποτελέσματος βασίζεται σε μεγάλο βαθμό σε συζητημένους ισχυρισμούς ότι το οξυγόνο παρέμεινε πολύ χαμηλό για να συντηρήσει τη ζωή των ζώων για περίπου 1,6 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.

Αμφιλεγόμενες ενδείξεις από το χρώμιο

Ένα πρόβλημα με τις προσπάθειες επίλυσης της ιστορίας του αναπνεύσιμου οξυγόνου της Γης είναι ότι τα δεδομένα που χρησιμοποιούν οι ερευνητές για να εκτιμήσουν τα προηγούμενα επίπεδα έχουν δώσει αντικρουόμενα αποτελέσματα. Η ατμόσφαιρα δεν απολιθώνεται άμεσα, επομένως οι γεωχημικοί βασίζονται σε έμμεσα ίχνη, ή υποκατάστατα, για να αποσπάσουν τα αέρια που περιείχε σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.

Ένας αντιπρόσωπος που οι ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει ευρέως για να εκτιμήσουν τα επίπεδα O2 της ατμόσφαιρας στο Πρωτοζωικό περιλαμβάνει το χρώμιο βαρέων μετάλλων [ Wei et al. , 2020]. Όπως πολλά στοιχεία, δεν δημιουργούνται όλα τα άτομα χρωμίου ίσα. Αν και όλα έχουν 24 πρωτόνια στους πυρήνες τους, μπορούν να έχουν διαφορετικό αριθμό νετρονίων. Με άλλα λόγια, υπάρχουν διαφορετικά ισότοπα χρωμίου.

Αυτά τα διαφορετικά ισότοπα χρωμίου αντιδρούν με διαφορετικούς ρυθμούς, οδηγώντας σε κλασμάτωση ή αλλαγή των αναλογιών τους, όταν υφίστανται χημικές αντιδράσεις στο περιβάλλον. Για παράδειγμα, τα ισότοπα του χρωμίου κλασματώνονται όταν αντιδρούν με ορυκτά οξειδίου του μαγγανίου. Αυτή η αντίδραση απελευθερώνει κατά προτίμηση βαρύτερα ισότοπα χρωμίου σε φυσικά νερά που συγκεντρώνονται περισσότερο στα ιζήματα ως αποτέλεσμα.

Οι επιστήμονες θέλουν να επιλύσουν αυτά τα ανόμοια σενάρια για να κατανοήσουν τον ρόλο του οξυγόνου στην εξέλιξη των ζώων στη Γη και ενδεχομένως και σε άλλους πλανήτες.

Τα ορυκτά του οξειδίου του μαγγανίου όπως ο μπιρνεσίτης και ο τοδοροκίτης είναι πολύ κοινά σε σύγχρονα περιβάλλοντα, για παράδειγμα, σε εδάφη και ποτάμια και στον πυθμένα της θάλασσας. Οι ερευνητές έχουν υπολογίσει ότι οι αντιδράσεις με αυτά τα ορυκτά κλασματοποιούν τα ισότοπα του χρωμίου όταν υπάρχει ελεύθερο O2 σε συγκεντρώσεις πάνω από 0,1% των σύγχρονων ατμοσφαιρικών επιπέδων [ Planavsky et al. , 2014]. Έτσι, ορισμένοι επιστήμονες υποστήριξαν ότι η κλασμάτωση ισοτόπων χρωμίου σε αρχαίους βράχους παρέχει ένα «σήμα οξυγόνου», υποδεικνύοντας πότε το   O2 ξεπέρασε το 0,1% των σημερινών επιπέδων. Ισχυρίστηκαν επίσης το συμπέρασμα, ότι η έλλειψη κλασμάτωσης ισοτόπων χρωμίου στα πετρώματα δείχνει ότι τα επίπεδα οξυγόνου τη στιγμή που σχηματίστηκαν τα πετρώματα ήταν κάτω από αυτό το όριο.

Οι γεωχημικοί που μέτρησαν για πρώτη φορά τα ισότοπα του χρωμίου σε πετρώματα του Πρωτοζωικού διαπίστωσαν ότι οι μεγάλες κλασματοποιήσεις ισοτόπων χρωμίου δεν εμφανίστηκαν πριν από 0,8 δισεκατομμύρια χρόνια, υποδηλώνοντας ότι τα επίπεδα O2 ήταν πολύ χαμηλά για να υποστηρίξουν τα ζώα μέχρι αργά στην Πρωτοζωική [ Planavsky et al. , 2014]. Ωστόσο, οι ερευνητές βρήκαν πρόσφατα μεγάλες κλασματώσεις σε ισότοπα χρωμίου που διατηρήθηκαν σε αρχαία εδάφη και θαλάσσια πετρώματα πριν από 1,9 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτοί οι ερευνητές υποστήριξαν ότι τα επίπεδα Πρωτοζωικού O2 ήταν τουλάχιστον κατά διαστήματα αρκετά υψηλά ώστε τα ζώα να εξελιχθούν πολύ πριν από την πρώτη εμφάνισή τους στο αρχείο απολιθωμάτων [ Canfield et al. , 2018]. Οι επιστήμονες θέλουν να επιλύσουν αυτά τα ανόμοια σενάρια για να κατανοήσουν τον ρόλο του οξυγόνου στην εξέλιξη των ζώων στη Γη και ενδεχομένως και σε άλλους πλανήτες.

Πηγαίνοντας πιο πέρα

Το ισπανικό Rio Tinto ρέει περίπου 100 χιλιόμετρα στα νοτιοδυτικά της χώρας, βαμμένο με κόκκινο αίμα από τις κεφαλές του βόρεια της πόλης Nerva στη Sierra Moreno μέχρι τις εκβολές του στις εκβολές Ria of Huelva, όπου χύνεται στον Ατλαντικό Ωκεανό. Οι εξορυκτικές δραστηριότητες επί χιλιετίες στην Ιβηρική Ζώνη Πυρίτη, ένα από τα μεγαλύτερα κοιτάσματα υδροθερμικού μεταλλεύματος στον κόσμο, έχουν εκθέσει μεγάλους σωρούς ορυκτού πυρίτη θειούχου σιδήρου στις κεφαλές του ποταμού σε επίθεση από το ατμοσφαιρικό O2 στην επιφάνεια της Γης. Όταν ο πυρίτης αντιδρά με το  O2 , παράγει θειικό οξύ, το οποίο είναι υπεύθυνο για το πολύ χαμηλό pH του ποταμού 2 (παρόμοιο με το pH του χυμού λεμονιού ή του στομαχικού οξέος). Η αντίδραση και η προκύπτουσα οξύτητα απελευθερώνουν επίσης σίδηρο, ο οποίος δημιουργεί τη χαρακτηριστική κόκκινη απόχρωση του ποταμού, και άλλα βαρέα μέταλλα —συμπεριλαμβανομένου του χρωμίου— από τα γύρω πετρώματα.

Σήμερα, τα νερά του Ρίο Τίντο είναι ένα ακραίο περιβάλλον. Αλλά τέτοιες καταστάσεις ήταν κάποτε πολύ πιο συνηθισμένες. Οι επιστήμονες έχουν προτείνει ότι ως αποτέλεσμα του GOE, το πρόσφατα απελευθερωμένο O2 στην ατμόσφαιρα επιτέθηκε σε εκτεταμένα κοιτάσματα πυρίτη στην επιφάνεια της γης. Όπως η σημερινή διάβρωση των βράχων στη νότια Ισπανία, αυτή η χημική επίθεση απελευθέρωσε βαρέα μέταλλα και θειικό οξύ, παράγοντας εκτεταμένη αποστράγγιση όξινων πετρωμάτων [ Konhauser et al. , 2011]. Στον απόηχο του GOE, είναι πιθανό ότι ποτάμια όπως το Rio Tinto ήταν ο κανόνας και όχι η εξαίρεση.

Οι επιστήμονες σήμερα παρερμηνεύουν παρομοίως την έλλειψη κλασματοποίησης ισοτόπων χρωμίου σε πετρώματα ηλικίας άνω των 0,8 δισεκατομμυρίων ετών;

Παρά την υπεροχή της αποστράγγισης όξινων πετρωμάτων μετά το GOE, οι γεωχημικοί δεν είχαν εξετάσει πώς κλασματοποιούνται τα ισότοπα του χρωμίου σε όξινα φυσικά νερά. Μετά από σχεδόν μια δεκαετία διδασκαλίας γεωχημείας στο Rio Tinto, ήξεραν ότι τα οξείδια του μαγγανίου σπάνια σχηματίζονται σε παρόμοια όξινα νερά. Και κατάλαβαν ότι εάν τα οξείδια του μαγγανίου είναι απαραίτητα για τη μετάδοση του σήματος ισοτοπικού οξυγόνου του χρωμίου στα πετρώματα, τότε η έλλειψη αυτών των ορυκτών θα μπορούσε να αποτρέψει το σχηματισμό του σήματος, ακόμη και στη σημερινή ατμόσφαιρα υψηλής περιεκτικότητας σε O2.

Για να διερευνήσοων αυτήν την υπόθεση, συνεργάστηκαν με την Kate Scheiderich, η οποία ήταν τότε στο Γεωλογικό Ινστιτούτο των ΗΠΑ και είχε δημιουργήσει ένα εργαστήριο για τη μέτρηση των ισοτόπων του χρωμίου. Επιστρέφοντας στο Ρίο Τίντο, συνέλεξαν δείγματα νερού του ποταμού, πετρωμάτων και ιζημάτων από διαφορετικές τοποθεσίες κατά μήκος της όχθης του ποταμού. Στη συνέχεια τα έστειλαν στο εργαστήριο της Κέιτ για να τα αναλύσουν εκείνη και ένας άλλος συνάδελφος.

Διαπίστωσαν ότι οι όξινες πηγές του Rio Tinto, πράγματι, έβγαζαν χρώμιο από τους γύρω βράχους και στη συνέχεια το μετέφεραν προς τα κάτω στον Ατλαντικό, όπου συσσωρεύτηκε σε ιζήματα γύρω από τις εκβολές. Ωστόσο, ο ποταμός ήταν απλώς πολύ όξινος για να σχηματιστούν ορυκτά οξειδίου του μαγγανίου, παρά το γεγονός ότι έρεε σε ατμόσφαιρα με 21% οξυγόνο. Τα αναλυτικά αποτελέσματα στη μελέτη μας επιβεβαίωσαν ότι χωρίς οξείδια μαγγανίου να αντιδράσουν, τα ισότοπα του χρωμίου στα ιζήματα των εκβολών παρέμειναν μη κλασματοποιημένα και οι τιμές των ισοτόπων χρωμίου ήταν ίδιες με εκείνες στα πετρώματα πηγής που προέρχονταν από το ανάντη (Εικόνα 1).

Διάγραμμα ράβδων που δείχνει το εύρος των αναλογιών ισοτόπων χρωμίου που μετρήθηκαν από διάφορες πηγές.

Εικ. 1. Τα περισσότερα ιζήματα και νερά σήμερα παρουσιάζουν μεγάλη εξάπλωση στις αναλογίες ισοτόπων χρωμίου επειδή το χρώμιο που περιέχουν έχει κλασματοποιηθεί μέσω αντιδράσεων με οξείδια μαγγανίου. Αντίθετα, επειδή τα οξείδια του μαγγανίου δεν σχηματίζονται σε όξινα νερά, τα ιζήματα από τις εκβολές του Ρίο Τίντο εμφανίζουν πολύ μικρή εξάπλωση στις αναλογίες ισοτόπων χρωμίου που επικεντρώνονται γύρω από δ 53 Cr 0‰, παρόμοια με την περιοχή που μετράται σε πετρώματα που παρέχουν χρώμιο στο ποτάμι. Το εύρος των αναλογιών ισοτόπων χρωμίου που μετράται σε πετρώματα ηλικίας άνω των 0,8 δισεκατομμυρίων ετών είναι επίσης σχετικά στενό και επικεντρώνεται γύρω από ένα δ 53 Cr του 0‰, υποδεικνύοντας ότι είναι εμφανής σε αυτά τα πετρώματα μικρή κλασμάτωση ισοτόπων χρωμίου. δ 53 Cr (σε μέρη ανά χίλια, ‰) αντιπροσωπεύει την εξάντληση (αρνητικές τιμές) ή τον εμπλουτισμό (θετικές τιμές) του χρωμίου-53 σε σχέση με το χρώμιο-52 σε ένα δείγμα σε σύγκριση με ένα τυπικό υλικό αναφοράς. δ 53 Cr = 1.000 × {[( 53 Cr/ 52 Cr δείγμα )/( 53 Cr/ 52 Cr πρότυπο )] − 1}.

Εκατομμύρια χρόνια από τώρα, αφότου αυτά τα ιζήματα των εκβολών ποταμών πετροθούν σε θαλάσσια πετρώματα, οι μελλοντικοί γεωχημικοί - αναλύοντας τα πετρώματα με τις ίδιες τεχνικές και κατανοώντας το σήμα οξυγόνου του ισοτόπου χρωμίου που χρησιμοποιούσαν μέχρι τώρα οι επιστήμονες - θα μπορούσαν έτσι να συμπεράνουν λανθασμένα ότι ο σημερινός μας αέρας ήταν μη αναπνεύσιμος . Οι επιστήμονες σήμερα παρερμηνεύουν παρομοίως την έλλειψη κλασματοποίησης ισοτόπων χρωμίου σε πετρώματα ηλικίας άνω των 0,8 δισεκατομμυρίων ετών;

Οι ερευνητές πρότειναν ότι η επικράτηση της αποστράγγισης όξινων πετρωμάτων στις ηπείρους του Πρωτοζωικού θα μπορούσε να παρεμπόδιζε την ανάπτυξη του σήματος οξυγόνου του ισοτόπου χρωμίου μέχρι πριν από 0,8 δισεκατομμύρια χρόνια (όταν, ίσως, είχε καταναλωθεί το μεγαλύτερο μέρος της αποστράγγισης όξινων πετρωμάτων). Αυτή η ιδέα συμβιβάζει φαινομενικά αντιφατικά δεδομένα ισοτόπων χρωμίου και υποδηλώνει ότι το O2 στην ατμόσφαιρα θα μπορούσε να είχε αυξηθεί πάνω από το 0,1% των σύγχρονων επιπέδων πολύ νωρίτερα στο Πρωτοζωικό[ Scheiderich et al. , 2023].

Γιατί περίμεναν τα ζώα;

Καθώς οι επιστήμονες εστιάζουν όλο και περισσότερο στο οξυγόνο στο Πρωτοζωικό, περισσότερες γεωχημικές εκτιμήσεις [π.χ., Mänd et al. , 2020] και ατμοσφαιρικά μοντέλα [π.χ. Gregory et al . , 2021] υποδηλώνουν ότι οι ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις O2 ήταν αρκετά υψηλές ώστε τα ζώα να έχουν ευδοκιμήσει περισσότερα από 2 δισεκατομμύρια χρόνια πριν από την πρώιμη Κάμβρια. Γιατί λοιπόν άργησε να εμφανιστούν;

Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι οι συγκεντρώσεις οξυγόνου στον Πρωτοζωικό ωκεανό κυμάνθηκαν πάρα πολύ. Οι περισσότεροι επιστήμονες συμφωνούν ότι τα ρηχά θαλάσσια ενδιαιτήματα, πιθανές εστίες για την εξέλιξη, είχαν επίπεδα οξυγόνου αρκετά υψηλά για να υποστηρίξουν τους ευκαρυώτες σε όλο το Πρωτοζωικό. Αλλά τα νερά χωρίς οξυγόνο από τα βαθιά ωκεάνια κυκλοφορούσαν συνήθως προς τα πάνω, αραιώνοντας πιθανώς τις οάσεις οξυγόνου στην επιφάνεια. Η αστάθεια των ταλαντεύσεων μπρος-πίσω του οξυγόνου στην επιφάνεια του ωκεανού θα μπορούσε να έχει θέσει μια μεγάλη πρόκληση για την εξέλιξη των πρώιμων ζώων.

Μερικοί επιστήμονες προτείνουν ότι ο λιμός θα μπορούσε επίσης να έχει συγκρατήσει τα πρώιμα ζώα. Τα ίδια πρωτόφυτα που παρήγαγαν οξυγόνο στο Πρωτοζωικό αποτελούσαν επίσης τη βάση της τροφικής αλυσίδας, έτσι οι ερευνητές έχουν συμπεράνει ότι το χαμηλό οξυγόνο και η χαμηλή παροχή τροφής συμβαδίζουν. Τα ζώα θα μπορούσαν επίσης να έχουν λιμοκτονήσει για θρεπτικά συστατικά απαραίτητα για τη ζωή, όπως το άζωτο, το οποίο βρίσκεται σχεδόν σε όλα τα βιομόρια, συμπεριλαμβανομένου του DNA, του RNA και των πρωτεϊνών. Πολλοί γεωχημικοί έχουν προτείνει ότι το άζωτο ήταν σπάνιο στο Πρωτοζωικό, όταν τα μικρόβια απονιτροποίησης άρχισαν για πρώτη φορά να μετατρέπουν το οξειδωμένο άζωτο (π.χ. νιτρικό) σε μορφές που τα ζώα δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν (π.χ. αέριο άζωτο).

Άλλοι ερευνητές έχουν προτείνει αναπτυξιακές υποθέσεις για την υστέρηση στην εξέλιξη των ζώων. Επισημαίνουν ότι θα μπορούσαν να χρειαστούν δισεκατομμύρια χρόνια για να εξελιχθεί ο πυρήνας των γονιδίων που βρίσκονται σε όλη την πολυκύτταρη ζωή στους ευκαρυώτες και ότι μόνο μετά την εμφάνιση αυτών των γονιδίων θα μπορούσε η ζωή των ζώων να διαφοροποιηθεί σε μεγάλο βαθμό. Ή ίσως, περιβαλλοντικά και βιολογικά εμπόδια μαζί επιβράδυναν την εξέλιξη των ζώων.

Προς το παρόν, περισσότερες απαντήσεις στο γιατί τα ζώα έκαναν το ντεμπούτο τους μόνο στο τέλος του Πρωτοζωικού θα πρέπει να περιμένουν. Όποιες και αν είναι οι εξηγήσεις, η πρόσφατη έρευνα φαίνεται να καθιστά σαφές ότι δεν ήταν λόγω έλλειψης οξυγόνου.

Γεωδίφης με πληροφορίες από eos.org

Zerkle, A. (2024), How great was the “Great Oxidation Event”?, Eos, 105, https://doi.org/10.1029/2024EO240313. Published on 30 July 2024.

https://eos.org/science-updates/how-great-was-the-great-oxidation-event