איך התפתח הגז שנותן לנו חיים?
קשה אולי להאמין אבל לא תמיד ניתן היה למצוא בעולמנו, כלומר על פני כדור הארץ, את החמצן (Oxygen), הגז שאנו נושמים וחייבים "כמו אוויר לנשימה".
מעניין יהיה לדעת שחיידק, אורגניזם חד-תאי זעיר הוא ששינה את העולם, בכך ששחרר את מולקולת החמצן הבודדת הראשונה לאטמוספרה. בכך הוא אפשר חיים תלויי-חמצן, סלל את הדרך להתהוות חיים מורכבים על פני כדור הארץ ואת היווצרות שכבת האוזון באטמוספרה.
ובו בזמן החיידק הזה כמעט וחיסל את בעלי החיים כאן לגמרי. כיצד זה קרה?
הציאנובקטריה (Cyanobacteria) היא חיידק חד-תאי, שאין לו גרעין או אברון כלשהו. היצור הזה הוא בעל תפקיד קריטי בסיפור החיים שהתפתחו בכדור הארץ.
מדובר בכדור ארץ אחר ממה שאנחנו מכירים. לפני 3.5 מיליארד שנים היה הרכב האטמוספרה מורכב ברובו מחנקן, מפחמן דו-חמצני ומגז מתאן. החמצן באותו עידן היה כלוא כמעט כולו בתוך מולקולת מים בעיקר ובאוויר לא היה חמצן כמעט בכלל.
כמובן שגם חיים לא היו כאן.
השינוי מגיע לפני מאות מיליוני שנים. מה שקרה אז הוא שיצור זעיר שבזעירים, מיקרוב פרהיסטורי כלשהו, בלע ככל הנראה ציאנובקטריה שלמה.
כולה חיידק שנבלע כאן. כן, אבל המיקרוב הזעיר הזה היה אב הטיפוס של הצמחים. כי כתוצאה מהתהליך של בליעת הציאנובקטריה, שנקרא אנדוסימביוזה, רכש המיקרוב הקדום הזה לעצמו מעין מכונה טבעית לביצוע פוטוסינתזה. והרי האבולוציה לא מפסיקה לעבוד לרגע. מאותו מיקרוב יתפתחו תאי הצמח. הציאנובקטריה הפכה לכלורופלסט, שהוא האברון שמבצע את הפוטוסינתזה בצמחים ונותן חיים לעולם (ראו בתגית פוטוסינתזה).
התוצאה - גם היום ניתן למצוא את הציאנובקטריות כמעט בכל סביבה על פני כדור הארץ. ניתן לאתר אותן באגמים או ימות, באוקיינוסים, על פני האדמה, בסלעים של אנטרקטיקה ואפילו על פרוות בעלי החיים השונים.
כמובן שהציאנובקטריות פולטות את החמצן לאטמוספרה ובו בזמן גם קולטות חנקן שמספק דשן לצמחים שהתפתחו בעזרתן. כך שניתן לומר שבזכות הציאנובקטריה מתאפשרים החיים על הכוכב שלנו.
אגב, לא פחות מעניין הוא שמיליוני שנים רבות אחרי יצירת החיים על פני כדור הארץ, כמעט והביאה הציאנובקטריה לחיסול גמור של החיים הכוכב שלנו. זה קרה כמה מאות מיליוני שנים אחרי שהציאנובקטריה החלה לייצר חמצן וזו ראשונת ההכחדות שהיו בכדור הארץ.
הסיפור מתחיל בערך לפני 2.5 מיליון שנים, כשקצב ייצור החמצן שהציאנובקטריה חוללה בכדור הארץ היה מהיר מקצב ספיגת החמצן ביצורים החיים שנשמו אותו. התוצאה הייתה שבאטמוספירה החל להצטבר המון חמצן, מה שיצר על פני הכוכב ריכוז חמצן קטלני לאורגניזמים השונים. האוויר העשיר בחמצן הרעיל אותם בהמוניהם והביא להשמדה ההמונית הראשונה בתולדות העולם. זו ההשמדה שהגאולוגים מכנים "אירוע החימצון הגדול".
וכך, מיליוני שנים רבות אחרי התפתחות הציאנובקטריה, היא הביאה להכחדה של מרבית בעלי החיים הזעירים בעולם. לאחר ההכחדה הזו וכמעט בלי קשר אליה, הפך כדור הארץ בהדרגה לכדור שלג ענקי. זה היה מה שקרוי "עידן הקרח ההורוני", עידן הקרח הראשון וככל הנראה הארוך בתולדות הכוכב.
אך לאורך עידן הקרח הזה ובהדרגה ממש, התפתחו אורגניזמים רבים וסיגלו את עצמם אבולוציונית לשינוי שחוללה אותה שואת החמצן על פני כדור הארץ. עוד ועוד אורגניזמים אירובים החלו לצרוך חלק מעודפי החמצן שבאטמוספרה ולייצר ממנו אנרגיה.
בתום תהליך הדרגתי וגלי, תוך עליות וירידות בריכוז החמצן באטמוספרה, הוא הגיע לריכוז הנוכחי של כ-21%. כאן כבר נוצרת אצל בעלי החיים היכולת להשתמש באנרגיה הכימית שבחמצן. היא זו שתאפשר מעתה את התפתחות מגוון האורגניזמים ואת האבולוציה המדהימה שתביא להופעתן של צורות חיים מורכבות, כולל בעלי החיים שאנו מכירים בעולם, כמו היונקים, העופות והדגים וכמובן - המין האנושי.
קשה אולי להאמין אבל לא תמיד ניתן היה למצוא בעולמנו, כלומר על פני כדור הארץ, את החמצן (Oxygen), הגז שאנו נושמים וחייבים "כמו אוויר לנשימה".
מעניין יהיה לדעת שחיידק, אורגניזם חד-תאי זעיר הוא ששינה את העולם, בכך ששחרר את מולקולת החמצן הבודדת הראשונה לאטמוספרה. בכך הוא אפשר חיים תלויי-חמצן, סלל את הדרך להתהוות חיים מורכבים על פני כדור הארץ ואת היווצרות שכבת האוזון באטמוספרה.
ובו בזמן החיידק הזה כמעט וחיסל את בעלי החיים כאן לגמרי. כיצד זה קרה?
הציאנובקטריה (Cyanobacteria) היא חיידק חד-תאי, שאין לו גרעין או אברון כלשהו. היצור הזה הוא בעל תפקיד קריטי בסיפור החיים שהתפתחו בכדור הארץ.
מדובר בכדור ארץ אחר ממה שאנחנו מכירים. לפני 3.5 מיליארד שנים היה הרכב האטמוספרה מורכב ברובו מחנקן, מפחמן דו-חמצני ומגז מתאן. החמצן באותו עידן היה כלוא כמעט כולו בתוך מולקולת מים בעיקר ובאוויר לא היה חמצן כמעט בכלל.
כמובן שגם חיים לא היו כאן.
השינוי מגיע לפני מאות מיליוני שנים. מה שקרה אז הוא שיצור זעיר שבזעירים, מיקרוב פרהיסטורי כלשהו, בלע ככל הנראה ציאנובקטריה שלמה.
כולה חיידק שנבלע כאן. כן, אבל המיקרוב הזעיר הזה היה אב הטיפוס של הצמחים. כי כתוצאה מהתהליך של בליעת הציאנובקטריה, שנקרא אנדוסימביוזה, רכש המיקרוב הקדום הזה לעצמו מעין מכונה טבעית לביצוע פוטוסינתזה. והרי האבולוציה לא מפסיקה לעבוד לרגע. מאותו מיקרוב יתפתחו תאי הצמח. הציאנובקטריה הפכה לכלורופלסט, שהוא האברון שמבצע את הפוטוסינתזה בצמחים ונותן חיים לעולם (ראו בתגית פוטוסינתזה).
התוצאה - גם היום ניתן למצוא את הציאנובקטריות כמעט בכל סביבה על פני כדור הארץ. ניתן לאתר אותן באגמים או ימות, באוקיינוסים, על פני האדמה, בסלעים של אנטרקטיקה ואפילו על פרוות בעלי החיים השונים.
כמובן שהציאנובקטריות פולטות את החמצן לאטמוספרה ובו בזמן גם קולטות חנקן שמספק דשן לצמחים שהתפתחו בעזרתן. כך שניתן לומר שבזכות הציאנובקטריה מתאפשרים החיים על הכוכב שלנו.
אגב, לא פחות מעניין הוא שמיליוני שנים רבות אחרי יצירת החיים על פני כדור הארץ, כמעט והביאה הציאנובקטריה לחיסול גמור של החיים הכוכב שלנו. זה קרה כמה מאות מיליוני שנים אחרי שהציאנובקטריה החלה לייצר חמצן וזו ראשונת ההכחדות שהיו בכדור הארץ.
הסיפור מתחיל בערך לפני 2.5 מיליון שנים, כשקצב ייצור החמצן שהציאנובקטריה חוללה בכדור הארץ היה מהיר מקצב ספיגת החמצן ביצורים החיים שנשמו אותו. התוצאה הייתה שבאטמוספירה החל להצטבר המון חמצן, מה שיצר על פני הכוכב ריכוז חמצן קטלני לאורגניזמים השונים. האוויר העשיר בחמצן הרעיל אותם בהמוניהם והביא להשמדה ההמונית הראשונה בתולדות העולם. זו ההשמדה שהגאולוגים מכנים "אירוע החימצון הגדול".
וכך, מיליוני שנים רבות אחרי התפתחות הציאנובקטריה, היא הביאה להכחדה של מרבית בעלי החיים הזעירים בעולם. לאחר ההכחדה הזו וכמעט בלי קשר אליה, הפך כדור הארץ בהדרגה לכדור שלג ענקי. זה היה מה שקרוי "עידן הקרח ההורוני", עידן הקרח הראשון וככל הנראה הארוך בתולדות הכוכב.
אך לאורך עידן הקרח הזה ובהדרגה ממש, התפתחו אורגניזמים רבים וסיגלו את עצמם אבולוציונית לשינוי שחוללה אותה שואת החמצן על פני כדור הארץ. עוד ועוד אורגניזמים אירובים החלו לצרוך חלק מעודפי החמצן שבאטמוספרה ולייצר ממנו אנרגיה.
בתום תהליך הדרגתי וגלי, תוך עליות וירידות בריכוז החמצן באטמוספרה, הוא הגיע לריכוז הנוכחי של כ-21%. כאן כבר נוצרת אצל בעלי החיים היכולת להשתמש באנרגיה הכימית שבחמצן. היא זו שתאפשר מעתה את התפתחות מגוון האורגניזמים ואת האבולוציה המדהימה שתביא להופעתן של צורות חיים מורכבות, כולל בעלי החיים שאנו מכירים בעולם, כמו היונקים, העופות והדגים וכמובן - המין האנושי.
