ออกซิเจนคิดเป็น 21% ของชั้นบรรยากาศของโลกและเราต้องการมันในการหายใจ แบคทีเรียโบราณวิวัฒนาการเอนไซม์ปกป้องที่ป้องกันออกซิเจนจากการทำลาย DNA ของพวกเขา แต่พวกเขาต้องทำอะไรเพื่อกระตุ้นวิวัฒนาการ นักวิจัยได้ค้นพบว่าแสงอัลตราไวโอเลตกระแทกพื้นผิวของน้ำแข็งน้ำแข็งสามารถปล่อยออกซิเจนโมเลกุล อาณานิคมของแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ใกล้กับน้ำแข็งนี้จะต้องมีวิวัฒนาการในการป้องกันแบบนี้ พวกเขามีความพร้อมในการรองรับการเติบโตของออกซิเจนในบรรยากาศที่ผลิตโดยแบคทีเรียอื่น ๆ ซึ่งปกติจะเป็นพิษ
สองพันห้าร้อยล้านปีก่อนเมื่อบรรพบุรุษวิวัฒนาการของเรากระพริบตาเพียงเล็กน้อยในเมมเบรนพลาสม่าของแบคทีเรียกระบวนการที่เรียกว่าการสังเคราะห์ด้วยแสงได้รับความสามารถในการปลดปล่อยออกซิเจนโมเลกุลสู่ชั้นบรรยากาศโลกทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมที่ใหญ่ที่สุด ประวัติศาสตร์ของโลกของเรา สิ่งมีชีวิตสันนิษฐานว่ามีความรับผิดชอบคือไซยาโนแบคทีเรียซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่ามีการพัฒนาความสามารถในการเปลี่ยนน้ำคาร์บอนไดออกไซด์และแสงแดดให้กลายเป็นออกซิเจนและน้ำตาลและยังคงอยู่ในปัจจุบันเป็นสาหร่ายสีน้ำเงินแกมเขียวและคลอโรพลาสต์ในพืชสีเขียวทั้งหมด
แต่นักวิจัยสงสัยมานานแล้วว่าไซยาโนแบคทีเรียสามารถผลิตออกซิเจนทั้งหมดได้อย่างไรโดยไม่พิษ เพื่อหลีกเลี่ยง DNA ของพวกเขาที่ถูกทำลายโดยอนุมูลไฮดรอกซิลที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในการผลิตออกซิเจนไซยาโนแบคทีเรียจะต้องมีการพัฒนาเอ็นไซม์ป้องกัน แต่การคัดเลือกโดยธรรมชาติจะนำไซยาโนแบคทีเรียมาพัฒนาเอนไซม์เหล่านี้ได้อย่างไรหากยังไม่มีความต้องการพวกมัน
ตอนนี้นักวิจัยสองกลุ่มที่สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียเสนอคำอธิบายว่าไซยาโนแบคทีเรียสามารถหลีกเลี่ยงความขัดแย้งที่ดูเหมือนสิ้นหวังได้อย่างไร การรายงานในวันที่ 12 ธันวาคมกิจการของ National Academy of Sciences (PNAS) และออนไลน์ในสัปดาห์นี้กลุ่มแสดงให้เห็นว่าแสงอัลตราไวโอเลตที่โดดเด่นบนพื้นผิวของน้ำแข็งน้ำแข็งสามารถนำไปสู่การสะสมของสารต้านอนุมูลอิสระแช่แข็งและปล่อยโมเลกุลออกซิเจนในที่สุด มหาสมุทรและบรรยากาศ หยดของพิษนี้สามารถขับเคลื่อนการวิวัฒนาการของเอนไซม์ปกป้องออกซิเจนในจุลินทรีย์หลากหลายชนิดรวมถึงไซยาโนแบคทีเรีย จากข้อมูลของ Yuk Yung ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์และ Joe Kirschvink ศาสตราจารย์ Geobiology ของ Van Wingen ศาสตราจารย์ UV-peroxide กล่าวว่า“ ค่อนข้างง่ายและสง่างาม”
“ ก่อนที่ออกซิเจนจะปรากฏขึ้นในชั้นบรรยากาศไม่มีหน้าจอโอโซนที่ปิดกั้นแสงอัลตราไวโอเลตจากการกระทบพื้นผิว” Kirschvink อธิบาย “ เมื่อแสง UV กระทบไอน้ำมันจะแปลงไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นบางส่วนให้เหมือนกับที่คุณซื้อที่ซุปเปอร์มาร์เก็ตเพื่อฟอกสีผมรวมถึงแก๊สไฮโดรเจนนิดหน่อย
“ โดยปกติเปอร์ออกไซด์นี้จะไม่นานมากเนื่องจากปฏิกิริยาย้อนกลับ แต่ในระหว่างการแช่แข็งไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะค้างในระดับต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของน้ำ หากแสง UV ถูกแทรกลงไปที่พื้นผิวของธารน้ำแข็งเปอร์ออกไซด์จำนวนเล็กน้อยจะถูกกักอยู่ในน้ำแข็งน้ำแข็ง " กระบวนการนี้เกิดขึ้นจริงในทุกวันนี้ในแอนตาร์กติกาเมื่อหลุมโอโซนก่อตัวขึ้นทำให้แสง UV ที่แข็งแกร่งกระทบกับน้ำแข็ง
ก่อนที่จะมีออกซิเจนใด ๆ ในชั้นบรรยากาศของโลกหรือหน้าจอ UV ใด ๆ น้ำแข็งในน้ำแข็งจะไหลลงสู่มหาสมุทรละลายและปล่อยเปอร์ออกไซด์จำนวนน้อยลงสู่น้ำทะเลโดยตรงซึ่งปฏิกิริยาทางเคมีอีกชนิดหนึ่งเปลี่ยนเพอรอกไซด์ลงในน้ำ และออกซิเจน สิ่งนี้เกิดขึ้นไกลจากแสงยูวีที่จะฆ่าสิ่งมีชีวิต แต่ออกซิเจนอยู่ในระดับต่ำเช่นนั้นไซยาโนแบคทีเรียจะหลีกเลี่ยงพิษจากออกซิเจน
“ มหาสมุทรเป็นสถานที่ที่สวยงามสำหรับเอนไซม์ปกป้องออกซิเจนให้วิวัฒนาการ” Kirschvink กล่าว “ และเมื่อมีเอ็นไซม์ป้องกันเหล่านั้นเข้ามามันก็ปูทางให้ทั้งการสังเคราะห์ด้วยแสงของออกซิเจนมีวิวัฒนาการและสำหรับการหายใจแบบใช้ออกซิเจนเพื่อให้เซลล์สามารถหายใจออกซิเจนเหมือนที่เราทำ”
หลักฐานทางทฤษฎีมาจากการคำนวณของผู้เขียนนำ Danie Liang จบการศึกษาด้านวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ Caltech ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่ศูนย์วิจัยเพื่อการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมที่ Academia Sinica ในไทเปไต้หวัน
ตามที่เหลียงกล่าวว่าการก่อตัวของก้อนน้ำแข็งที่รุนแรงในโลกเรียกว่า Makganyene Snowball เกิดขึ้นเมื่อ 2.3 พันล้านปีก่อนในเวลาที่ไซยาโนแบคทีเรียพัฒนาความสามารถในการผลิตออกซิเจน ในช่วงตอนสโนว์บอลเอิร์ทจะมีการเก็บเปอร์ออกไซด์ไว้มากพอที่จะผลิตออกซิเจนได้เกือบเท่าที่มีอยู่ในชั้นบรรยากาศตอนนี้
ในฐานะที่เป็นหลักฐานชิ้นหนึ่งเพิ่มเติมระดับออกซิเจนโดยประมาณนี้ก็เพียงพอที่จะอธิบายการสะสมของแมงกานีสคาลาฮารีในแอฟริกาใต้ซึ่งมีร้อยละ 80 ของเงินสำรองทางเศรษฐกิจของแมงกานีสทั่วโลก เงินฝากนี้วางอยู่ด้านบนสุดของร่องรอยทางธรณีวิทยาสุดท้ายของก้อนหิมะ Makganyene
เหลียงกล่าวว่า“ เราเคยคิดว่ามันเป็นไซยาโนแบคทีเรียที่บานสะพรั่งหลังจากเย็นนี้ที่ทิ้งแมงกานีสออกจากน้ำทะเล” เหลียงกล่าว “ แต่มันอาจเป็นเพียงแค่ออกซิเจนจากการสลายตัวของเปอร์ออกไซด์หลังจากสโนว์บอลที่ทำ”
นอกจาก Kirschvink, Yung และ Liang แล้วผู้เขียนคนอื่นคือ Hyman Hartman จากศูนย์วิศวกรรมชีวการแพทย์ที่ MIT และ Robert Kopp นักศึกษาปริญญาโทสาขาธรณีวิทยาที่ Caltech Hartman พร้อมด้วย Chris McKay จากศูนย์วิจัย NASA Ames เป็นผู้สนับสนุน แต่เนิ่นๆสำหรับบทบาทที่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มีอยู่ในแหล่งกำเนิดและวิวัฒนาการของการสังเคราะห์ด้วยออกซิเจน แต่พวกเขาไม่สามารถระบุแหล่งอนินทรีย์ที่ดีสำหรับสภาพแวดล้อมของโลก
แหล่งที่มาดั้งเดิม: Caltech News Release
