Pētījums: elpošanai derīgas atmosfēras varētu būt visai plaši sastopamas visumā (1)

Par spīti tam, ka mūsdienās zinātnieki var pētīt planētas, kas atrodas daudzus gaismas gadus tālu no mūsu Saules sistēmas, lielākā daļa jauno pētījumu arvien biežāk samazina potenciāli apdzīvojamu planētu eksistences iespējas. Lielākais klupšanas akmens ir skābeklis, jo cilvēkam, lai tas spētu eksistēt un brīvi elpot, ir nepieciešama ar skābekli bagāta atmosfēra.

Kā nākas, ka mums ir tik ļoti paveicies, ka mēs dzīvojam uz planētas, kuras atmosfēra ir tik bagāta ar skābekli? Zemes okeānu un atmosfēras vēsture liecina, ka mūsdienu skābekļa līmeņa sasniegšana bija visai sarežģīts un grūts process. Šodien zinātnieki ir vienisprātis, ka Zeme izgāja cauri atmosfēras veidošanās trīs soļiem, no kuriem pirmo dēvē par “lielo oksidācijas notikumu”. Tas norisinājās pirms 2,4 miljardiem gadu. Savukārt pirms aptuveni 800 miljoniem gadu norisinājās “neoproterozoiskais oksigenācijas notikums”, bet pēc tam – pirms aptuveni 400 miljoniem gadu – norisinājās “paleozoiskais oksigenācijas notikums”, kad skābekļa līmenis Zemes atmosfērā sasniedza savu moderno zenītu – 21%.

Kas notika šo trīs periodu laikā, palielinot skābekļa līmeni atmosfērā, joprojām ir diskutējams jautājums. Viena ideja ir tāda, ka jauni organismi “pārkonstruēja” planētu, restrukturējot atmosfēru un okeānus vielmaiņas vai dzīvesveida ziņā. Piemēram, zemes augu rašanās pirms 400 miljoniem gadu varēja palielināt skābekļa līmeni atmosfērā ar fotosintēzes palīdzību, pārņemot šo uzdevumu no fotosintēzes baktērijām okeānā, kas Zemes vēsturē bija galvenais skābekļa avots. Arī plātņu tektoniskās izmaiņas un gigantiski vulkānu izvirdumi varētu būt saistīti ar Zemes oksigenācijas notikumiem.

Tomēr tā ir pārsteidzoši nejaušu un laimīgu sakritību virkne, kas vainagojās ar pietiekamu skābekļa daudzumu atmosfērā, lai varētu eksistēt mēs – cilvēki. Ja viens vulkāna izvirdums nenorisinātos vai neizveidotos daži noteikta veida organismi, tad skābeklis joprojām paliktu ļoti zemā līmenī.

Tiesa, jaunā pētījumā, kas publicēts zinātniskajā žurnālā “Science”, rakstīts, ka tā varētu nemaz nebūt. Proti, zinātnieki izveidoja Zemes oglekļa, skābekļa un fosfora ciklu datormodeļus, atklājot, ka skābekļa pārejas varētu skaidrot ar mūsu planētai raksturīgo dinamiku un mikroorganismi šajā apbrīnojamajā procesā nemaz nebija nepieciešami.

Trūkstošā saite – fosfors

Zinātnieki uzskata, ka teorijās par skābekļa rašanos uz Zemes trūkst vienas lietas – fosfora.

Šis elements ir ļoti svarīgs fotosintēzes baktērijām un aļģēm okeānā. Tas, cik daudz fosfora ir Zemes okeānos, kontrolē to, cik daudz skābekļa rodas Zemes atmosfērā. Mūsdienās – tāpat kā pirms trīs miljardiem gadu - tā joprojām ir taisnība.

Fotosintēze okeānā ir atkarīga no fosfora, bet augsts fosfora līmenis arī veicina eitrofikāciju jeb skābekļa lielāku patēriņu okeāna dzīlēs. Kad fotosintēzes mikrobi iet bojā, tie sadalās, patērējot skābekli ūdenī. Kad skābekļa līmenis pazeminās, nogulumi izdala vēl vairāk fosfora. Šī cilpa strauji aizvāc no okeāna skābekli. Tas nozīmē, ka skābekļa līmenis okeānos varēja strauji mainīties, tomēr šīs izmaiņas mazināja kāds cits process, kas saistīts ar Zemes mantiju.

Zemes vēstures laikā vulkāniskā aktivitāte izdalīja gāzes, kas reaģēja un aizvāca no atmosfēras skābekli. Šo gāžu plūsmas laika gaitā samazinājās, atdziestot Zemes mantijai. Zinātnieku izstrādātais datormodelis parāda, ka šī lēnā redukcija līdz ar fotosintēzes dzīvības evolūciju bija vienīgās nepieciešamās lietas, lai beigu beigās mūsu atmosfēra būtu pietiekami bagāta ar skābekli.

Datormodelī redzamais pakāpeniskais skābekļa līmeņa pieaugums ir ļoti līdzīgs trīs soļu skābekļa pieaugumam, kas norisinājās Zemes vēstures laikā. Modelis arī atbalsta mūsu tagadējo sapratni par skābekļa rašanos un apmaiņu okeānos.

Tomēr pats aizraujošākais ir tas, ka visa šā procesa pamatā nav sarežģīta laimīgu sakritību virkne, bet gan relatīvi vienkāršas lietas. Tas nozīmē, ka ar skābekli bagātu pasauļu eksistences iespējamība kosmosā ir krietni lielāka, nekā uzskatīts iepriekš.