כשאדמה הפכה למרגישה: מהפכת החמצן

האווירה ב כדור הארץ הקדום היה שונה מאוד ממה שיש לנו היום. נהוג לחשוב שהאטמוספרה הראשונה של כדור הארץ הייתה מורכבת מימן ו הליום, בדומה לכוכבי הלכת הגזים והשמש. לאחר מיליוני שנים של התפרצויות געשיות ותהליכים פנימיים אחרים של כדור הארץ, הגיחה האטמוספרה השנייה. אטמוספרה זו הייתה מלאה בגזי חממה כמו פחמן דו חמצני, דו תחמוצת הגופרית, והכילה גם סוגים אחרים של אדים וגזים כמו אדי מים, ובמידה פחותה, אמוניה ומתאן.

שילוב גזים זה היה בלתי מרשים ביותר לרוב צורות החיים. אמנם ישנן תיאוריות רבות, כמו למשל תורת מרק ראשונית, תורת האוורור ההידרותרמית, וה תורת פנספרמיה כיצד התחילו החיים על כדור הארץ, בטוח שהאורגניזמים הראשונים שאכלסו את כדור הארץ לא היו זקוקים לחמצן, מכיוון שלא היה חמצן חופשי באטמוספירה. מרבית המדענים מסכימים כי אבני הבניין של החיים לא היו יכולים להיווצר אם היה חמצן באטמוספרה באותה תקופה.

עם זאת, צמחים ואורגניזמים אוטוטרופיים אחרים ישגשגו באווירה מלאה בפחמן דו חמצני. פחמן דו חמצני הוא אחד המגיבים העיקריים הנחוצים לו פוטוסינתזה להתרחש. בעזרת פחמן דו חמצני ומים, אוטוטרוף יכול לייצר פחמימה לאנרגיה וחמצן כפסולת. לאחר שצמחים רבים התפתחו על פני כדור הארץ, היה שפע של חמצן שצף בחופשיות באטמוספירה. משערים כי לאף דבר חי על כדור הארץ באותה עת לא היה שימוש בחמצן. למעשה, שפע החמצן היה רעיל לכמה autotrophs והם נכחדו.

אף על פי שאפשר היה להשתמש בחומרים ישירים בגז חמצן, חמצן לא היה כל רע לאורגניזמים אלה החיים באותה תקופה. גז חמצן צף לראש האטמוספירה בה הוא נחשף לקרני השמש האולטרה-סגולות. קרני ה- UV הללו מפצלות את מולקולות החמצן הדיאטומיות ועזרו ביצירת אוזון, המורכב משלושה אטומי חמצן הקשורים זה לזה בקובלינציה. ה שכבת האוזון עזר לחסום חלק מקרני קרני ה- UV מלהגיע לכדור הארץ. זה הפך את החיים לבטוחים יותר להתיישבות ביבשה מבלי להיות רגישים לאותם קרניים מזיקות. לפני שנוצרה שכבת האוזון נאלצו החיים להישאר באוקיאנוסים בהם הוא מוגן מפני החום הקשה והקרינה.

עם שכבת מגן של אוזון לכיסוים והרבה גז חמצן לנשימה, ההטרוטרופים הצליחו להתפתח. הצרכנים הראשונים שהופיעו היו אוכלי עשב פשוטים שיכולים לאכול את הצמחים ששרדו את האווירה עמוסת החמצן. מכיוון שהחמצן היה כה בשפע בשלבים המוקדמים הללו של ההתיישבות של אדמות, רבים מאבות אבות המין שאנו מכירים כיום גדלו לגדלים עצומים. ישנן עדויות לכך שסוגים מסוימים של חרקים גדלו לגודל של חלק מסוגי העופות הגדולים יותר.

לאחר מכן יותר הטרוטרופים יכולים להתפתח ככל שהיו יותר מקורות מזון. הטרוטרופים אלה שיחררו במקרה פחמן דו חמצני כתוצר פסולת של הנשימה התאית שלהם. הנתינה והקלטה של ​​האוטוטרופים וההטרוטרופים הצליחו לשמור על רמות חמצן ופחמן דו חמצני באטמוספירה יציבות. זה נותן וקח נמשך היום.