ما هو المصدر الأساسي للأكسجين على الأرض؟
يفكر الكثير منا في الأكسجين، وهذا يشمل كيفية تعامل الجسم الطبيعي مع الأكسجين في الصحة، وكيف يصبح هذا الأمر معقداً بسبب الأوبئة. ولكن قليلاً منا يدرك أننا كبشر من سكان الأرض نتمتع بامتياز فريد من نوعه. وهو أننا، ومعظم الحيوانات الأخرى على الأرض، نعتبر الكائنات الحية الوحيدة في الكون المعروف التي تتمتع بإمدادات غير محدودة من الأكسجين. يعرف الكثير منا أيضًا أن النباتات هي مصدر أساسي للأكسيجين الأرضي. ولكن هل هو المصدر الوحيد، أو حتى المصدر الرئيس؟ سنرى ذلك في هذه المقالة.
التمثيل الضوئي:
قراءة مقترحة
عملية التمثيل الضوئي هي واحدة من أعظم معجزات الطبيعة، وهي القدرة على إطلاق الأكسجين باستخدام طاقة ضوء الشمس. وكانت إحدى نتائجها أن أول أكسجين أُطلق في الغلاف الجوي جاء من عملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية الدقيقة، البكتيريا الزرقاء، التي تستخدمها. ولكن الأكسجين كان منتجاً ثانوياً غير مرغوب فيه عندها. والواقع أنه كان لابد من التخلص من الأكسجين حتى تتمكن الكائنات الحية من النمو والازدهار. عندما حدثت زيادة كبيرة في تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي قبل نحو ملياري سنة، وارتفع الضغط الجزئي للأكسجين في الهواء إلى نحو 200 ملم زئبقي، كان حدث الأكسدة العظيم هذا، كما أُطلِق عليه، بمثابة حكم بالإعدام على عدد كبير من الحيوانات اللاهوائية التي كان الأكسجين سامًا لها. واليوم يأتي قدر كبير من الأكسجين في الغلاف الجوي من عملية التمثيل الضوئي في الكائنات الحية الدقيقة، بما في ذلك البكتيريا الزرقاء، والبكتيريا التي اكتشفت مؤخراً، والتي تتخلص من هذا المنتج الثانوي غير المرغوب فيه. والنتيجة هي أن تركيزه في الغلاف الجوي عند مستوى سطح البحر يظل ثابتاً تقريباً عند نحو 150 ملم زئبقي، على الرغم من أن العوامل المسؤولة عن ذلك غير مفهومة.
بدايات الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض:
بدأ الغلاف الجوي المبكر للأرض بقدر ضئيل جداً من الأكسجين الحر، ثم تغيّر ذلك جذرياً مع ظهور كائنات مجهرية قادرة على التمثيل الضوئي.
محطات تشكّل الأكسجين الأرضي
بداية المجموعة الشمسية
منذ نحو 4-5 مليارات سنة كانت المكونات الصلبة والغازات المبكرة تكاد تخلو من الأكسجين الحر.
ظهور البكتيريا الزرقاء
ظهرت كائنات دقيقة زرقاء مخضرة استطاعت استخدام ضوء الشمس لإنتاج الغذاء وإطلاق الأكسجين.
تحوّل الغلاف الجوي
إنتاج الأكسجين الأولي غيّر بيئة الأرض ومهّد لتطور لاحق في أشكال الحياة.
أين نجد أكبر خزان للأكسجين على كوكب الأرض اليوم؟
رغم أن الغلاف الجوي يبدو للوهلة الأولى الخزان الأكبر للأكسجين، فإن معظم أكسجين الأرض موجود في مواد صلبة داخل الكوكب.
مقارنة بين أماكن وجود الأكسجين على الأرض
| الموضع | الصورة العامة | الحصة التقريبية |
|---|---|---|
| الأكاسيد والسيليكات الصلبة | أكسجين مرتبط كيميائياً في الصخور والمعادن | أكثر من 90٪ |
| الغلاف الجوي والمحيطات والكائنات الحية معاً | أكسجين حر أو ضمن الأنظمة الحية والمائية | أقل من 0.05٪ من الكتلة الكلية للأكسجين |
| الغلاف الجوي وحده | يشكل 21٪ من تركيب الهواء | ليس الخزان الأكبر وزناً |
ما هي أكبر مصادر الأكسجين في العالم اليوم؟
كما هو موضح أعلاه، لا تزال البكتيريا الزرقاء وغيرها من العوالق النباتية الضوئية تشكل مصادر رئيسة للأكسجين، كما تطلق النباتات والأشجار كميات كبيرة من الأكسجين.
يُعدّ البروكلوروكوكوس البحري (Prochlorococcus) مثالًا مهمًا آخر على الكائنات الضوئية البحرية المنتجة للأكسجين في المحيط. يُعتقد الآن أن البروكلوروكوكس هو الكائن الحي الأكثر وفرة في المحيطات اليوم؛ فقد عُثر عليه بأعداد كبيرة في المحيط الهادئ والمحيط الأطلسي، وبخاصة في المناطق شبه الاستوائية. الكائن صغير للغاية بقطر يتراوح من 0.4 إلى 0.6 ميكرون. وهذا يعني أنه قريب من حد دقة المجهر الضوئي. عادة ما يكون تركيز مياه البحر من المناطق التي تحتوي على البروكلوروكوكوس أكثر من 105 خلية في كل مل. وبسبب العدد الهائل من الخلايا، فإن المساحة السطحية الإجمالية للخلايا في المحيطات فلكية. ويُعتقد أن اليخضور في بروكلوروكوكس فعال بشكل استثنائي في حصاد الضوء.
0.4-0.6 ميكرون
هذا القطر الصغير جداً يوضح لماذا يُعدّ البروكلوروكوكوس كائناً مجهرياً بالغ الكفاءة والانتشار في المحيطات.
الحدث الأعظم للأكسدة:
شهدت الأرض قفزة هائلة في الأكسجين الجوي بعد فترة طويلة من المستويات المنخفضة، وهو تحول غيّر مسار الحياة على الكوكب.
التحول قبل الارتفاع الكبير وبعده
ظل تركيز الأكسجين منخفضاً لملايين السنين، وربما كان أقل من 10 ملم زئبق، مع امتصاص المحيط وبعض الأسطح الأرضية له.
منذ نحو 2 مليار سنة ارتفع الضغط الجزئي للأكسجين إلى نحو 150 ملم، وهو ما غيّر تكوين الغلاف الجوي بشكل غير مسبوق.
من ناحية، ساعد هذا في إحداث التنوع الهائل في الأنواع التي تعتمد على الأكسجين والتي نراها على الأرض اليوم. ولكن كان له أيضًا جانب سلبي كبير؛ فقد كان للزيادة الهائلة في تركيز الأكسجين عواقب وخيمة على العديد من الأنواع الحية اللا هوائية. والواقع أن الانقراض الذي أعقب ذلك كان واحدًا من أكثر الأحداث الحيوية كارثيةً التي عرفها كوكبنا على الإطلاق. فما هي الأسباب وراء هذا الارتفاع الهائل في الأكسجين الجوي؟ على الرغم من الكم الهائل من الأبحاث والطوفان المقابل من المقالات، لا يزال هناك جهل إلى حد كبير في هذا المجال.
الخاتمة:
جزيء الأكسجين شديد التفاعل وهو مكون من العديد من مصادر الغذاء. يمكننا أن نفترض أننا والحيوانات الأخرى التي تطورت على الأرض استفدنا من السمات الخاصة لهذا الجزيء الذي يتفاعل بسهولة مع العديد من الآخرين. سيكون من المثير للاهتمام أن نرى ما إذا كانت أشكال الحياة الأخرى التي سيتم اكتشافها بالتأكيد على بعض تريليونات الكواكب الخارجية في الكون ستكون مختلفة لأنها تفتقر إلى ميزة الأكسجين عندما تطورت.