احتاجت الحياة فقط إلى كمية قليلة من الأوكسجين لتنفجر

طالما اعتُقد أن طفرة هائلة في الأكسجين قد أشعلت الانفجار الكامبري قبل حوالي 540 مليون عام، مما أضفى الحياة على غلاف الأرض الحيوي لينتج مجموعة غنية من الأنواع الحيوانية المعقدة بشكل مذهل.

لكن ما إذا كان الأكسجين قد لعب دورًا حاسمًا في ذلك يظل محل جدل ساخن، مع عوامل أخرى قد تكون أشعلت أكبر طفرة تطورية في تاريخ الأرض – من الانهيار القريب للحقل المغناطيسي للأرض إلى تآكل جبال جندوانا العملاقة، غبار الكويكبات وحتى الديدان البحرية.

الآن، تشير أبحاث جديدة تستعرض البيانات الجيولوجية من جميع أنحاء العالم إلى أن الأكسجين لم يغمر الغلاف الجوي والمحيطات قبل نصف مليار عام تقريبًا، بل تسلل ببطء إلى الأحواض الضحلة والرفوف المحيطية.

هذا لا يعني أن الأكسجين لم يلعب دورًا في بدء طفرة التنوع البيولوجي التي أفرزت كل المخلوقات الغريبة والرائعة التي نراها اليوم.

“الحيوانات الكامبرية ربما لم تتطلب الكثير من الأكسجين كما كان يعتقد العلماء سابقًا”، يقول إريك سبيرلينغ، عالم الجيولوجيا الحيوية في جامعة ستانفورد والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة.

“وجدنا زيادات طفيفة في التأكسد” – في الصخور الرسوبية التي تشكلت في قاع المحيطات القديمة – “تتناسب مع ما يكفي لتحفيز تغييرات كبيرة في البيئة.”.

بدون كمية كافية من الأكسجين، لم تكن الكائنات أحادية الخلية والمخلوقات الصغيرة الأخرى التي كانت تعيش قبل الانفجار الكامبري قادرة على النمو كثيرًا أو توسيع خطط أجسامها، كما يُستدل العلماء.

لكن الأدلة المتناثرة والمتناقضة أحيانًا من مواقع جيولوجية مختلفة حول العالم دفعت بعض الباحثين للتساؤل عن مقدار الأكسجين الذي كان فعلاً مطلوبًا، ومتى وصلت مستويات الأكسجين في العديد من المواطن إلى العتبة الحرجة التي كانت تحتجز الحياة.

الفريق الذي يقف وراء هذا العمل الجديد يعتقد أنه قد وفق بين بعض تلك التناقضات من خلال تحليلاته الإحصائية للمعادن الأثرية المحفوظة في الصخور الرسوبية، مما يساعد في إعادة بناء الاتجاهات طويلة الأجل في مستويات الأكسجين في المحيطات العالمية والحياة البحرية على مدى ال 700 مليون سنة الماضية من تاريخ الأرض.

تحليلهم لمعادن أثرية، الموليبدينوم واليورانيوم، وكلاهما مؤشرات لمستويات الأكسجين في المحيطات العالمية، جنبًا إلى جنب مع نماذج الجيوكيميائية الحيوية لتدفقات الأكسجين بين المحيطات والغلاف الجوي، يشير إلى أن مستويات الأكسجين في المحيط العميق لم تصل إلى المستويات الحديثة حتى 140 مليون سنة بعد الانفجار الكامبري، في فترة الديفوني.

“من منظور عالمي، لم نرَ التأكسد الكامل للمحيطات إلى المستويات القريبة من الحديثة حتى حوالي 400 مليون سنة مضت، حوالي الوقت الذي نرى فيه ظهور الغابات الكبيرة على الأرض”، يشرح ريتشارد ستوكي، عالم الأحافير في جامعة ساوثهامبتون، الذي قاد الدراسة.

لكن مستويات الأكسجين في المياه الضحلة التي تحركها الرياح والأمواج قد تكون ارتفعت بما يكفي لدعم ظهور جميع أنواع الحياة البحرية.

“ليست زيادة ضخمة في الأكسجين”، يشير سبيرلينغ، “ولكنها قد تكون كافية لعبور عتبات بيئية حرجة، بناءً على ما نراه في المناطق الحديثة ذات الأكسجين الطبيعي المنخفض.”.

توسع نتائج الفريق على نتائج دراسة في عام 2017، التي وجدت أن البحار الضحلة تأكسدت أولاً، لكن الأكسجين الجوي لم يصل إلى المستويات الحديثة حتى حوالي 50-100 مليون سنة بعد الانفجار الكامبري، خلال فترة الأوردوفيشي التي تلتها.

مع ذلك، وجدت أبحاث حديثة أخرى أن مستويات الأكسجين بدأت في الارتفاع في فترة الإدياكاران المبكرة قبل حوالي 640-600 مليون سنة، في أول ثلاث نبضات أكسجين متتالية تزامنت مع قفزات تطورية هامة في المرحلة التي سبقت الانفجار الكامبري.

في الوقت نفسه، يجادل باحثون آخرون بأن مستويات الأكسجين عبر الزمن العميق كانت متغيرة للغاية، لذا من الصعب القول ما هو تأثيرها على التنوع البيولوجي المتزايد.