لقد حدد الباحثون كيف عرقلت مستويات تتبع من النيكل والبولي يوريا تراكم الأكسجين في غلاف الأرض لأكثر من مليار عام. تظهر تجاربهم أن هذه المركبات حدت من نمو السيانوبكتيريا حتى تغيرت الظروف، مما أدى إلى حدث التحويز العظيم منذ حوالي 2.1 إلى 2.4 مليار عام. تقدم النتائج رؤى حول كيمياء الأرض المبكرة وبصمات حيوية محتملة على كواكب أخرى.
حدث التحويز العظيم (GOE)، الذي وقع منذ حوالي 2.1 إلى 2.4 مليار عام، غير غلاف الأرض من خلال السماح بتراكم الأكسجين ودعم الحياة المعقدة. ومع ذلك، تطورت التمثيل الضوئي المنتج للأكسجين بواسطة السيانوبكتيريا قبل مئات الملايين من السنين، لكن مستويات الأكسجين الجوي بقيت منخفضة لفترة طويلة. حير العلماء هذا التأخير لفترة طويلة، مستكشفين عوامل مثل الانبعاثات البركانية والحوض الكيميائية، لكن لا شيء يفسرها بالكامل.
قاد فريق بقيادة الدكتور ديلان إم. راتناياك من معهد مواد الكواكب في جامعة أوكاياما، اليابان—الآن في قسم الجيولوجيا، جامعة بيرادينيا، سريلانكا—البحث في دور المركبات التتبع النيكل والبولي يوريا في نمو السيانوبكتيريا. شمل المتعاونون الأساتذة ريوجي تاناكا وإيزو ناكامورا. نشرت دراستهم في Communications Earth & Environment في عام 2025، وأعاد إنشاء ظروف الأرض الأركية من 4 إلى 2.5 مليار عام مضت من خلال تجارب مختبرية.
في التجربة الأولى، تم تعريض مزيج من الأمونيوم والسيانيد ومركبات الحديد للضوء فوق البنفسجي C، محاكيًا الإشعاع قبل طبقة الأوزون، لاختبار تشكيل اليوريا الطبيعي. الثانية شملت زراعة السيانوبكتيريا (Synechococcus sp. PCC 7002) تحت دورات إضاءة متغيرة مع تركيزات مختلفة من النيكل واليوريا، قياس النمو عبر الكثافة البصرية ومستويات الكلوروفيل-a.
أشارت النتائج إلى أن النيكل واليوريا العاليين في الأركي المبكر حدّا من ازدهار السيانوبكتيريا، مما منع إطلاق الأكسجين المستدام. كما شرح الدكتور راتناياك، "للنيكل علاقة معقدة ولكنها مثيرة للاهتمام مع اليوريا فيما يتعلق بتشكيلها وكذلك استهلاكها البيولوجي، بينما توافر هذه بتركيزات أقل يمكن أن يؤدي إلى انتشار السيانوبكتيريا." انخفاض النيكل واستقرار اليوريا سمح للسيانوبكتيريا بالازدهار، مما دفع تراكم الأكسجين وحدث GOE.
لاحظ الدكتور راتناياك آثارًا أوسع: "إنتاج الأكسجين سيكون تحديًا هائلًا إذا كنا سنستعمر كوكبًا آخر يومًا ما. لذلك، سعينا لفهم كيف كان ميكروب صغير، السيانوبكتيريا، قادرًا على تغيير ظروف الأرض لجعلها مناسبة لتطور الحياة المعقدة، بما في ذلك حياتنا." أضاف، "إذا استطعنا فهم الآليات بوضوح لزيادة محتوى الأكسجين الجوي، فسيساعد ذلك في اكتشاف البصمات الحيوية على كواكب أخرى. تظهر النتائج أن التفاعل بين المركبات غير العضوية والعضوية لعب أدوارًا حاسمة في التغييرات البيئية للأرض، مما يعمق فهمنا لتطور الأكسجين في الأرض وبالتالي الحياة عليها."
يمكن لهذه الرؤى أن تخبر بعثات إعادة عينات المريخ والبحث عن الحياة على الكواكب خارج المجموعة الشمسية من خلال تسليط الضوء على كيفية تأثير التوازنات الكيميائية في التحويز.