אסון החמצן

אסון החמצן (מכונה גם שואת החמצן, משבר החמצן, מהפכת החמצן והחמצון הגדול) הוא כינוי לתקופת הכחדה המונית בהיסטוריה של כדור הארץ, לפני כ-2.4 מיליארדי שנים, שבה החלה עלייה משמעותית בריכוז החמצן האטמוספירי. ריכוז החמצן ההתחלתי באטמוספירה היה אפסי, ובעקבות תהליכים פוטוסינתטיים שגרמו לעליית הריכוז, נכחדו כמעט כל המינים האל-אווירניים על פני כדור הארץ, ואת מקומם תפסו המינים האווירניים. החיידקים שמצאו מקלט באזורים נטולי חמצן הצליחו לשרוד, והם אבותיהם הקדומים של החיידקים האל-אווירניים המוחלטים של ימינו. לאחר מכן הופיעו המינים של היצורים הרב-תאיים.

תיאור גרפי של הערכת חלק החמצן באטמוספירה (אדום- מקסימלית, ירוק-מינימלית) לאורך השנים. שלב 1: לפני 3.85-2.45 מיליארד שנים. שלב 2: לפני 2.45-1.85 מיליארד שנים. שלב 3: לפני 1.85-0.85 מיליארד שנים. שלב 4: לפני 0.85-0.54 מיליארד שנים . שלב 5: לפני 0.54 מיליארד שנים ועד ימינו. ציר ה-Y מבטא את הלחץ החלקי של החמצן ביחידות לחץ של אטמוספירה. למשל, אם כתוב 0.3 ז"א, שהיו באטמוספירה 30% חמצן. ראוי לציין שכיום אחוז החמצן הוא בערך 21%

רקע ותוצאות

החיידקים הפוטוסינתטיים הכחוליים הופיעו בתור הפרוטרוזואיקון וניצלו את אור השמש והמים ליצירת אנרגיה. אחד מתוצרי הלוואי של ביקוע מולקולת המים בפוטוסינתזה הוא מולקולות חמצן דו-אטומי שהחלו להצטבר באטמוספירה. מאגרי הברזל העצומים שהתקיימו בעבר מנעו את העלייה המהירה בריכוז החמצן, שגרם להם להתחמצן ולהפוך לתחמוצת הברזל (FeO), תהליך זה הסתיים לפני כמיליארד שנים וחצי. לאחר שהתחמצנה כמות מספיק גדולה של ברזל החל גידול בכמות החמצן האטמוספירי.

חמצן דו-אטומי (O₂) הוא דו-רדיקל שממנו נגזרים מספר רעלים היכולים לגרום למוות תאי. למרות זאת, תאים אווירניים לא יכולים לשרוד ללא חמצן והם חייבים להחזיק מנגנונים לנטרול השפעותיו המזיקות. לחיידקים האל-אווירניים המוחלטים (אובליגטורים) אין מנגנוני הגנה נגד נגזרות החמצן הרעילות, ולפיכך הם לא מסוגלים להתקיים בנוכחות כמות כלשהי של חמצן.

ברוב התאים האווירניים ניתן למצוא מנגנוני נטרול של החמצן המהווים עדות להסתגלות לאסון החמצן - אלו הם אברונים אנדוסימביוטיים הנקראים פראוקסיזומים. הפרוקסיזומים מנטרלים את החמצן באמצעות אנזים מיוחד. מבחינה אבולוציונית האברונים הללו לא מפותחים, אך הם אלו שאפשרו את התפתחות התאים האיקריוטיים.

מספר חיידקים אווירניים עשו צעד נוסף בהתפתחות האבולוציונית של התא, והחלו לנצל את החמצן ליצירת אנרגיה בתהליך הנקרא "זרחון חמצוני". תהליך זה אפשר להגדיל את נצילות האנרגיה פי 18, והוא מאפשר את קיומם של צורות חיים מורכבות הדורשות אנרגיה רבה. בכל תא של יצור רב-תאי ניתן למצוא את המיטוכונדריון (שפועל בשיטה הנ"ל), שהוא שריד נוסף של החיידקים האווירניים הראשונים.

החמצן שהשתחרר הגיב עם המתאן באטמוספירה (אחד מגזי החממה) והחליש את אפקט החממה, כתוצאה כדור הארץ התקרר וייתכן ותהליך זה היה הגורם לאחת התקופות הארוכות ביותר של כדור השלג ארץ.

לקריאה נוספת

• Christian de Duve, The Birth of Complex Cells, Scientific American, April 1996, pages 38-45
• T. M. Lenton, H. J. Schellnhuber, E. Szathmáry, Climbing the co-evolution ladder, Nature, volume 431, page 913, 2004
• C.Goldblatt, T.M. Lenton, A.J. Watson, The Great Oxidation at 2.4 Ga as a bistability in atmospheric oxygen due to UV shielding by ozone, Geophysical Research Abstracts, volume 8, page 770, 2006

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא אסון החמצן בוויקישיתוף

• על הקשר בין אסון החמצן לשכבת האוזון