اقیانوس‌های سبز باستانی: زمین میلیاردها سال پیش رنگ متفاوتی داشت

اگر میلیاردها سال پیش از فضا به زمین نگاه می‌کردید، شاید به جای نقطه‌ی آبی کم‌رنگی که امروزه می‌شناسیم، با سیاره‌ای سبز رنگ مواجه می‌شدید. به‌گفته‌ی دانشمندان، این احتمال وجود دارد که در دوره‌ای طولانی از تاریخ، رنگ زمین کاملاً متفاوت بوده باشد.

بر اساس پژوهش‌های اخیر، زمین در بازه‌ای از حدود ۳ میلیارد سال پیش تا ۶۰۰ میلیون سال پیش، دوره‌ای را پشت سر گذاشته که می‌توان آن را «دوره‌ی سبز» نامید. در این دوران، سیانوباکتری‌ها، میکروارگانیسم‌هایی که فتوسنتز می‌کنند، در اقیانوس‌ها رشد کرده و به تدریج، جو زمین را با اکسیژن پر کردند. تارو ماتسوئو، زیست‌شناس در دانشگاه ناگویا در ژاپن، می‌گوید: «فتوسنتز این باکتری‌ها تأثیر شگرفی بر ترکیب جو و حتی ظاهر سیاره داشت.»

سیانوباکتری‌ها، درست مانند گیاهان، نور خورشید را جذب و از آن برای تولید انرژی استفاده می‌کنند. در گیاهان، این عمل عمدتاً به کمک رنگدانه‌ی کلروفیل یا سبزینه انجام می‌شود که نور آبی و قرمز را جذب و نور سبز را بازتاب می‌دهد. اما سیانوباکتری‌ها علاوه بر کلروفیل، از رنگدانه‌هایی به نام فیکوبیلین استفاده می‌کنند که نور قرمز و سبز را جذب می‌کنند. دلیل استفاده از این رنگدانه‌های اضافه، همان چیزی است که ماتسوئو و تیمش قصد داشتند بررسی کنند.

شرایط زمین در دوران آرکئن یا نخست‌زیستی (بین ۴ میلیارد تا ۲٫۵ میلیارد سال پیش) بسیار متفاوت از امروز بود. اقیانوس‌ها سرشار از هیدروکسید آهن بودند، ماده‌ای که نور آبی را جذب می‌کند. از سوی دیگر، خود آب نیز نور قرمز را جذب می‌کرد. این بدین معناست که آنچه باقی می‌ماند، عمدتاً نور سبز بود.

دانشمندان برای بررسی فرضیه، سیانوباکتری‌ها را در شرایط نوری مختلف، رشد دادند. زمانی که محیط آزمایشگاهی به‌گونه‌ای تنظیم شد که مانند دوران آرکئن نور سبز غالب باشد، گونه‌هایی که دارای رنگدانه‌ی فیکوبیلین سبز به نام «فیکواریتروبیلین» بودند، به‌مراتب سریع‌تر رشد کردند. بنابراین، یافته‌ها نشان داد که در گذشته، این ویژگی احتمالاً مزیتی تکاملی بوده و توسط انتخاب طبیعی حفظ شده است. تجزیه‌و‌تحلیل ژنتیکی نشان داد که فیکواریتروبیلین در جد مشترک سیانوباکتری‌های امروزی وجود دارد.

علاوه بر این، دانشمندان برای تأیید یافته‌های خود، مطالعات را در شرایط حقیقی نیز تکرار کردند. در نزدیکی جزیره‌ی ساتسونان ایوو در جنوب ژاپن، دهانه‌های گرمایی زیرآبی، آب را با آهن غنی می‌کنند. طیف نوری غالب در عمق ۵٫۵ متری این منطقه عمدتاً سبز است. بررسی‌های میدانی نشان داد که در این عمق، سیانوباکتری‌هایی که نور سبز را برای فتوسنتز به کار می‌برند، بسیار بیشتر از سطح آب هستند.

امروزه، زمین از فضا عمدتاً آبی رنگ به نظر می‌رسد و این پدیده با فرآیند «پراکنش ریلی» توجیه می‌شود. در این فرآیند، امواج نور توسط ذرات بسیار ریز در جو پراکنده می‌شوند و نور آبی که طول موج کوتاه‌تری دارد، بیشتر بازتاب پیدا می‌کند. ماتسوئو توضیح می‌دهد: «اگر فرض کنیم جو زمین در آن دوران مشابه امروز بوده، رنگ سبزی که از اقیانوس‌ها بازتاب می‌شد، با اثر پراکنش ریلی ترکیب شده و احتمالاً به رنگی میان آبی و سبز درمی‌آمد.»

ماتسوئو همچنین اشاره می‌کند که احتمالاً در آن زمان، سطح بیشتری از زمین با اقیانوس‌ها پوشیده بوده است. این امر باعث می‌شده که رنگ اقیانوس‌ها تأثیر بیشتری بر ظاهر کلی سیاره داشته باشد.

امروزه، بسیاری از محیط‌های آبی همچنان در تسلط نور سبز هستند. به عنوان مثال، در اعماق کم سواحل، مواد آلی در زمین (مانند گیاهان مرده و فضولات حیوانات) نور آبی را جذب کرده و نور سبز را برای سیانوباکتری‌ها باقی می‌گذارند تا از آن برای فتوسنتز استفاده کنند.

بسیاری از پژوهش‌هایی که به دنبال یافتن حیات در سیارات فراخورشیدی هستند، به دنبال نشانه‌های اکسیژن در جو سیارات می‌گردند، زیرا این گاز اغلب نشانه‌ای از فتوسنتز است. اما ماتسوئو پیشنهاد می‌کند که اقیانوس‌های سبز نیز می‌توانند نشانه‌ای از حیات باشند. اگر سیاره‌ای با جو مناسب دارای اقیانوس‌هایی باشد که نور سبز را بازتاب می‌کنند، ممکن است نشانه‌ای از فعالیت فتوسنتزی باشد.

بااین‌حال، برخی دانشمندان نظر متفاوتی دارند. مین چن، زیست‌شناس در دانشگاه سیدنی، معتقد است که نور سبز را لزوماً نمی‌توان دلیل تکامل فیکوبیلی‌زوم‌ها (رنگدانه‌های جانبی فتوسنتز) دانست. او توضیح می‌دهد: «سیانوباکتری‌ها فقط در آب‌های اقیانوسی و رودخانه‌ای یافت نمی‌شوند، بلکه در خاک و زیستگاه‌های متنوع دیگری هم زندگی می‌کنند. بسیاری از گونه‌های خاکی این میکروب‌ها نیز دارای فیکوبیلی‌زوم‌هایی با رنگ سبز هستند، اما نقش آن‌ها بیشتر در حفاظت از سلول در برابر استرس‌های اکسیداتیو یا آسیب‌های نوری است.»

چن همچنین اشاره می‌کند که بازسازی ظاهر زمین در میلیاردها سال پیش از فضا، چالش‌برانگیز است. در حالی که داده‌های علمی سرنخ‌هایی به ما می‌دهند، همچنان ابهامات بسیاری نیز در این زمینه وجود دارد.

یافته‌های مطالعه در مجله‌ی نیچر منتشر شده است.