اكتشف باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) دليلاً على أن بعض أشكال الحياة المبكرة بدأت في استخدام الأكسجين قبل مئات الملايين من السنين من تراكمه في الغلاف الجوي للأرض. يتتبع الدراسة إنزيمًا رئيسيًا معالجًا للأكسجين إلى عصر الميزوأركي، مما يشير إلى أن الكائنات الدقيقة استهلكت الأكسجين الذي أنتجته السيانوباكتيريا. يتحدى هذا الاكتشاف الفهم السابق لجدول زمني التنفس الهوائي.
أصبح الأكسجين جزءًا مستقرًا من الغلاف الجوي للأرض منذ حوالي 2.3 مليار سنة خلال حدث التحويز العظيم، مما مكن تطور الكائنات التي تتنفس الأكسجين. ومع ذلك، ظهرت السيانوباكتيريا، أول منتجي الأكسجين المعروفين، منذ حوالي 2.9 مليار سنة، مولدة الأكسجين عبر التمثيل الضوئي لمئات الملايين من السنين قبل ذلك. دراسة جديدة من قبل جيوبيولوجيين في MIT تتناول سبب بقاء مستويات الأكسجين منخفضة رغم هذه الإنتاجية. منشورة في Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology، فحصت البحوث reductases الأكسجين النحاسي الهيم، الإنزيمات الأساسية للتنفس الهوائي التي تحول الأكسجين إلى ماء. هذه الإنزيمات موجودة في معظم الكائنات الحية الحديثة التي تتنفس الأكسجين، من البكتيريا إلى البشر. حلل الفريق تسلسلات جينية من آلاف الأنواع، مشهرًا إياها على شجرة تطور الحياة واستخدم دليلًا أحفوريًا لتأريخ الفروع. يشير تحليلهم إلى أن الإنزيم تطور لأول مرة خلال الميزوأركي، من 3.2 إلى 2.8 مليار سنة مضت، قبل عدة مئات من الملايين من السنين من حدث التحويز العظيم. تشير هذه الجدول الزمني إلى أن الكائنات الدقيقة بالقرب من السيانوباكتيريا استهلكت الأكسجين بسرعة مع تشكله، مما منع تراكمه الجوي. «هذا يغير بشكل دراماتيكي قصة التنفس الهوائي»، قالت المؤلفة المشاركة Fatima Husain، زميلة ما بعد الدكتوراه في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب في MIT. «تضيف دراستنا إلى هذه القصة الناشئة مؤخرًا جدًا بأن الحياة ربما استخدمت الأكسجين مبكرًا جدًا مما كان يُعتقد سابقًا.» يشمل المؤلفون المشاركون Gregory Fournier من MIT، وHaitao Shang وStilianos Louca من University of Oregon. تبني النتائج على أبحاث سابقة لـMIT التي تؤكد إنتاج الأكسجين المبكر للسيانوباكتيريا منذ حوالي 2.9 مليار سنة. لاحظت Husain: «نعلم أن الكائنات الدقيقة المنتجة للأكسجين كانت موجودة قبل حدث التحويز العظيم بوقت طويل.» تبرز البحوث تكيف الحياة في تاريخ الأرض المبكر، مع تطور الكائنات لاستخدام الأكسجين في بيئات محلية طويلًا قبل التحويز العالمي.