زمین زمانی اقیانوس های سبز داشته است، بر اساس پژوهشی دربارهٔ آب های آتشفشانی - مالزی ارزان

دانشمندان با آنالیز این پدیده، گذشته ای را بازسازی کردند که در آن اقیانوس ها مملو از آهن های محلول بودند، و فتوسنتز هنوز در مراحل ابتدایی خود بود. این مطالعه نشان می دهد چگونه آهن، نور، و موجودات میکروسکوپی نخستین، دست به دست هم دادند تا رنگ آب های زمین را دگرگون نمایند. گویی زمین در آن روزگار، به جای نقطه ای آبی، به شکل سیاره ای سبز می درخشید. و این درک تازه، نه تنها گذشتهٔ سیاره مان را بازتعریف می نماید، بلکه معیار تازه ای برای جست وجوی حیات در سیارات دوردست به دست می دهد.

راز پنهان در دل سنگ ها: سرنخ هایی از دوران آرکئن

برای فهم رنگ اقیانوس ها در گذشته، باید به زمانی بازگردیم که حیات هنوز در حال شکل گیری بود: دوران آرکئن (Archean Eon)، چیزی بین 3.8 تا 2.5 میلیارد سال پیش. در آن روزگار، جوّ زمین فاقد اکسیژن بود. حتی اقیانوس ها نیز هیچ نشانی از گاز اکسیژن نداشتند و تنها حیات شناخته شده، ارگانیسم های تک سلولی بودند که در آب های گرم و غنی از فلزات زندگی می کردند. این ارگانیسم ها نخستین بار فتوسنتز را آغاز کردند، اما به شکل بی هوازی (Anaerobic Photosynthesis) که نیازی به اکسیژن ندارد.

در آن موقع، آهن به وفور در آب های دریا حل شده بود. آب باران، هنگام عبور از روی سنگ های قاره ای، آهن را در خود حل می کرد و رودخانه ها آن را به اقیانوس ها می بردند. در بستر دریا نیز فعالیت های آتشفشانی مقدار زیادی آهن وارد آب می کرد. این آهن، در نبود اکسیژن، در شکل آهن دوظرفیتی یا Fe(II) باقی می ماند که بی رنگ یا اندکی خاکستری است. اما وقتی نخستین اشکال فتوسنتز، گاز اکسیژن فراوری کردند، این اکسیژن با Fe(II) ترکیب شد و آن را به Fe(III) یا آهن سه ظرفیتی اکسید کرد، که رنگ سبزی به آب می دهد. با رسیدن به حدی از اشباع آهن، دیگر اکسیژن آزاد باقی می ماند و انتها جو زمین آغاز به غنی شدن از آن کرد.

سیانوباکتری ها: فاتحان خاموش اقیانوس های نخستین

از میان تمام موجودات زنده آن موقع، سیانوباکتری ها (Cyanobacteria)، که به نام جلبک های سبز-آبی نیز شناخته می شوند، نقشی کلیدی در شکل گیری حیات داشتند. این موجودات اگرچه از لحاظ علمی با جلبک ها متفاوت اند، اما عملکردی مشابه در فتوسنتز دارند. آن ها دارای رنگدانه ای به نام کلروفیل (Chlorophyll) هستند که نور سفید خورشید را جذب می نماید و در تبدیل دی اکسید کربن به قند نقش دارد. اما نکتهٔ ویژه در آن ها وجود رنگدانهٔ دوم، به نام فیکواریترُبیلین (Phycoerythrobilin یا PEB) است.

این رنگدانهٔ دوم، به ویژه در جذب نور سبز عملکرد بسیار خوبی دارد. پژوهشگران ژاپنی، در مطالعه ای نوآورانه، سیانوباکتری هایی را به صورت ژنتیکی اصلاح کردند تا فقط PEB داشته باشند. آن ها متوجه شدند که این باکتری ها در آب های سبز - مانند اطراف ایوو جیما - بهتر از دیگر باکتری ها رشد می نمایند. این یافته، گواهی دیگر بود بر این که رنگ اقیانوس ها در آن دوران احتمالاً سبز بوده، چرا که این نور سبز، محیط نوری غالب آن موقع بوده است. در واقع، تنوع رنگدانه ها در سیانوباکتری ها، نشانه ای از تکامل در پاسخ به تغییر تدریجی رنگ اقیانوس هاست.

شبیه سازی رایانه ای: وقتی مدل ها گذشته را بازسازی می نمایند

برای تأیید فرضیهٔ اقیانوس های سبز، پژوهشگران تنها به مشاهدهٔ آب های ایوو جیما اکتفا نکردند. آن ها با استفاده از مدل سازی های رایانه ای، اثرات فتوسنتز ابتدایی بر شیمی اقیانوس را بازسازی کردند. این شبیه سازی ها نشان دادند که آزاد شدن اکسیژن از سوی موجودات فتوسنتزنماینده، به سرعت با آهن محلول ترکیب می شده و منجر به فراوری Fe(III) به صورت ذرات معلق در آب می شده است. این ذرات، مقدار بالایی از نور سبز را بازتاب می دادند و در نتیجه رنگ اقیانوس ها سبز می شده است.

جالب تر اینکه مدل ها نشان می دهند اگر امروزه از فضا به آن زمین نگاه می کردیم، به جای نقطهٔ آبی کم رنگ، احتمالاً سیاره ای به رنگ سبز روشن می دیدیم. از این دیدگاه، پژوهش به فراتر از تاریخ زمین می پردازد: هر سیاره ای با اقیانوس های سبز، می تواند میزبان نوعی حیات ابتدایی باشد. این کشف، راهی تازه برای جست وجوی حیات فرازمینی فراهم می نماید، چراکه رنگ، می تواند نشانه ای شیمیایی و زیستی باشد.

آیا اقیانوس ها باز هم رنگ عوض می نمایند؟

درس مهمی که این پژوهش به ما می دهد، آن است که رنگ اقیانوس ها فقط زیبایی شناسی نیست؛ بلکه بازتابی از شیمی، زیست، و شرایط کلی سیاره است. در آینده نیز با تغییر شرایط، ممکن است رنگ اقیانوس ها تغییر کند. اگر فعالیت آتشفشانی شدید گردد و گوگرد (Sulfur) وارد آب ها گردد، باکتری های گوگردی بنفش (Purple Sulfur Bacteria) می توانند به موجودات غالب بدل شوند، و رنگ آب ها را به بنفش تغییر دهند. اگر اقلیم گرمسیری تر گردد و مقدار آهن و رسوبات افزایش یابد، محتمل است اقیانوس ها سرخ شوند؛ مشابه آنچه در پدیدهٔ شکوفایی جلبک های قرمز (Red Tides) می بینیم.

افزون بر این، با بالا رفتن شدت نور فرابنفش (UV) در اثر پیر شدن خورشید، و کاهش فتوسنتز سطحی، فیتوپلانکتون ها کاهش می یابند. این روند، ممکن است اقیانوس ها را تیره تر، قهوه ای، سبز یا حتی بنفش کند. در آینده های دور، وقتی خورشید به مرحلهٔ غول سرخ برسد، اقیانوس ها کاملاً تبخیر می شوند. در مقیاس های زمین شناسی، رنگ زمین چیز ثابتی نیست. همان طور که زمانی سبز بوده، بار دیگر هم می تواند سبز گردد… یا قرمز، بنفش، یا حتی خاکستری.

منبع