بحث جديد يكشف عن ظروف أكثر عدائية على الأرض مع تطور الحياة

تنبعث الأشعة فوق البنفسجية من الشمس ويمكن أن تتلف وتدمر الجزيئات المهمة بيولوجيًا مثل البروتينات.

تمثل السنوات الـ 2.4 مليار سنة الماضية فصلًا مهمًا في تطور المحيط الحيوي، حيث ارتفعت مستويات الأكسجين من الصفر تقريبًا إلى كميات كبيرة في الغلاف الجوي ، مع تذبذب التركيزات ولكنها وصلت في النهاية إلى تركيزات العصر الحديث منذ حوالي 400 مليون سنة.

خلال هذا الوقت ، بدأت الكائنات الحية متعددة الخلايا والحيوانات الأكثر تعقيدًا في استعمار الأرض.

قال جريجوري كوك ، باحث الدكتوراه في جامعة ليدز الذي قاد الدراسة ، إن النتائج تثير أسئلة جديدة حول التأثير التطوري للأشعة فوق البنفسجية حيث من المعروف أن العديد من أشكال الحياة تتأثر سلبًا بالجرعات الشديدة من الأشعة فوق البنفسجية.

قال: “نحن نعلم أن الأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يكون لها آثار كارثية إذا تعرضت الحياة للكثير. على سبيل المثال ، يمكن أن يسبب سرطان الجلد لدى البشر. تمتلك بعض الكائنات الحية آليات دفاع فعالة ، ويمكن للعديد منها إصلاح بعض الأضرار التي تسببها الأشعة فوق البنفسجية.

“في حين أن الكميات المرتفعة من الأشعة فوق البنفسجية لن تمنع ظهور الحياة أو تطورها ، فقد تكون بمثابة ضغط اختيار ، حيث تتمتع الكائنات الحية بشكل أفضل بميزة التعامل مع كميات أكبر من الأشعة فوق البنفسجية.”

نُشر البحث “تقدير منخفض منقح لأعمدة الأوزون خلال تاريخ الأرض المؤكسج” في 5 يناير 2022 ، في المجلة العلمية Royal Society Open Science .

إن كمية الأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى الأرض محدودة بسبب الأوزون الموجود في الغلاف الجوي ، والذي وصفه الباحثون بأنه “… أحد أهم الجزيئات للحياة” نظرًا لدوره في امتصاص الأشعة فوق البنفسجية أثناء مرورها في الغلاف الجوي للأرض.

يتكون الأوزون نتيجة لأشعة الشمس والتفاعلات الكيميائية – ويتوقف تركيزه على مستوى الأكسجين في الغلاف الجوي.

على مدار الأربعين عامًا الماضية ، اعتقد العلماء أن طبقة الأوزون كانت قادرة على حماية الحياة من الأشعة فوق البنفسجية الضارة عندما وصل مستوى الأكسجين في الغلاف الجوي إلى حوالي واحد بالمائة مقارنة بمستوى الغلاف الجوي الحالي.

النمذجة الجديدة تتحدى هذا الافتراض. وتشير إلى أن مستوى الأكسجين المطلوب ربما كان أعلى من ذلك بكثير ، ربما من 5٪ إلى 10٪ من مستويات الغلاف الجوي الحالية.

نتيجة لذلك ، كانت هناك فترات كانت فيها مستويات الأشعة فوق البنفسجية على سطح الأرض أكبر بكثير ، وكان من الممكن أن يكون هذا هو الحال في معظم تاريخ الأرض.

قال السيد كوك: “إذا كانت نمذجةنا تدل على سيناريوهات الغلاف الجوي خلال تاريخ الأرض المؤكسج ، فعندئذٍ لأكثر من مليار سنة كان من الممكن أن تغمر الأرض بالأشعة فوق البنفسجية التي كانت أكثر كثافة مما كان يعتقد سابقًا.

ربما كان لهذا عواقب رائعة على تطور الحياة. لا يُعرف بالضبط متى ظهرت الحيوانات ، أو الظروف التي واجهتها في المحيطات أو على اليابسة. ومع ذلك ، اعتمادًا على تركيزات الأكسجين ، كان من الممكن أن تواجه الحيوانات والنباتات ظروفًا أقسى بكثير من ظروف عالم اليوم. نأمل أن يتم استكشاف التأثير التطوري الكامل لنتائجنا في المستقبل “.

ستؤدي النتائج أيضًا إلى تنبؤات جديدة للأغلفة الجوية للكواكب الخارجية . الكواكب الخارجية هي كواكب تدور حول نجوم أخرى. قد يشير وجود بعض الغازات ، بما في ذلك الأكسجين والأوزون ، إلى إمكانية وجود حياة خارج الأرض ، وستساعد نتائج هذه الدراسة في الفهم العلمي لظروف السطح في عوالم أخرى.