כולנו מכירים את התמונות המרהיבות של האוקיינוסים הכחולים המקיפים את כדור הארץ, למרות שהמים עצמם שקופים וחסרי צבע. הצבע הכחול של הים מוסבר באמצעות האופן שבו האור נשבר במים - אך מחקר חדש מערער על התפיסה שכך היו פני הדברים תמיד. צוות חוקרים מיפן הציג ראיות משכנעות לכך שאוקיינוסי כדור הארץ היו ירוקים בעבר הרחוק, כך עולה ממחקר מדעי שפורסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי "נייצ'ר".

לפי החוקרים, הסיבה להבדל בצבע אוקיינוסי כדור הארץ בעבר הרחוק קשורה להרכב הכימי שלהם ולהתפתחות תהליך הפוטוסינתזה (תהליך ההטמעה). המחקר מצביע על כך שהשינוי התרחש לאחר שמרבצי ברזל שקעו בתקופות הארכיאן והפרוטרוזואיק הקדום, לפני 3.8 עד 1.8 מיליארד שנה בקירוב.

החיים הראשונים וכדור הארץ הקדום

באותה תקופה, החיים על כדור הארץ היו מוגבלים ליצורים חד-תאיים באוקיינוסים, בעוד היבשות היו שטחים שוממים מלאים בסלעים ומשקעים אפורים, חומים ושחורים.

גשמים שירדו על הסלעים ביבשות המיסו את הברזל, שנישא על ידי נהרות אל האוקיינוסים. מקור נוסף לברזל היו הרי געש בקרקעית האוקיינוס. ברזל זה יהפוך לבעל חשיבות רבה בהמשך.

האי היפני וגילוי מפתיע

החוקרים ערכו את מחקרם במים סביב האי היפני איו-ג'ימה, אי געשי המאופיין במים בעלי גוון ירוק הקשור לסוג מסוים של ברזל מחומצן. במים הירוקים הללו משגשגים אצות כחוליות-ירוקות.

למרות שמן, האצות הכחוליות-ירוקות הן למעשה חיידקים פרימיטיביים ולא אצות אמיתיות. בתקופת הארכיאן, אבות האצות הכחוליות-ירוקות המודרניות התפתחו לצד חיידקים אחרים שהשתמשו בברזל דו-ערכי במקום במים כמקור לאלקטרונים בתהליך הפוטוסינתזה. ממצא זה מרמז על רמות גבוהות של ברזל באוקיינוס באותה תקופה.

כלורופיל ופיקואריתרובילין: המפתח לתעלומה

אורגניזמים המבצעים פוטוסינתזה משתמשים בפיגמנטים (בעיקר כלורופיל) בתאיהם כדי להמיר פחמן דו-חמצני לסוכרים באמצעות אנרגיית השמש. בעוד הכלורופיל מעניק לצמחים את צבעם הירוק, האצות הכחוליות-ירוקות נושאות הן את פיגמנט הכלורופיל הנפוץ והן פיגמנט שני הנקרא פיקואריתרובילין (PEB).

במחקרם, גילו החוקרים שאצות כחוליות-ירוקות מודרניות שעברו שינוי גנטי עם PEB צומחות טוב יותר במים ירוקים. למרות שהכלורופיל מצוין לפוטוסינתזה בספקטרום האור הנראה לנו, ה-PEB נראה עדיף בתנאי אור ירוק.

החמצון שהפך את האוקיינוסים לירוקים

לפני הופעת תהליך הפוטוסינתזה והחמצן, אוקיינוסי כדור הארץ הכילו ברזל מחוזר מומס (ברזל ששקע בהיעדר חמצן). החמצן שנפלט מתהליך הפוטוסינתזה בתקופת הארכיאן הוביל לחמצון הברזל במי הים.

סימולציות מחשב שבוצעו במסגרת המחקר מצאו שהחמצן שנפלט מתהליך הפוטוסינתזה המוקדם הוביל לריכוז גבוה של מולקולות ברזל מחומצן, ריכוז שהיה מספיק גבוה כדי להפוך את מי פני השטח לירוקים.

משמעות המחקר

"התגלית הזו משנה לחלוטין את הבנתנו לגבי איך נראה כדור הארץ הקדום," מסביר פרופ' טקאשי יאמאדה, ראש צוות המחקר. "כשאנחנו מדמיינים את כדור הארץ לפני מיליארדי שנים, עלינו לחשוב על פלנטה עם אוקיינוסים ירוקים בוהקים, ולא כחולים כפי שהם היום."

המחקר לא רק מספק תובנות חדשות לגבי העבר של כדור הארץ, אלא גם עשוי לסייע לאסטרונומים בחיפוש אחר חיים בפלנטות אחרות. "אם נראה כוכב לכת רחוק עם אוקיינוסים ירוקים, זה יכול להצביע על שלב מסוים בהתפתחות החיים," מוסיף יאמאדה.

הידעת? במקומות מסוימים בעולם, כמו הלגונה הירוקה בפיליפינים והבריכות הירוקות בילוסטון, ניתן לראות מים ירוקים גם כיום - אך הסיבה לכך היא אצות ולא ברזל מחומצן