מקובל על דעת מדענים רבים שהעדויות הקדומות ביותר לחיים על פני כדור הארץ מצויות בסלעים בני 3.5 מיליארד שנה באוסטרליה. כעת, קבוצת מדענים בראשותו של מוז׳סיס (Mojzsis) טוענת שהחיים התפתחו עוד קודם, וזאת על סמך עדויות שנמצאו בסלעי משקע בני 3.85 מיליארד שנה מגרינלנד. הסלעים האלה נחשבים לעתיקים מסוגם בעולם. הם נוצרו בקרקעית האוקיינוס, ובעקבות פעילות גאולוגית הם נקברו עמוק בקרום כדור הארץ, שם הם נחשפו לטמפרטורות וללחצים גבוהים. כיצד אפשר, אם כן, למצוא שרידי חיים בסלעים שעברו ״תהפוכות״ גאולוגיות כה רבות מזמן היווצרותם ועד לחשיפתם על פני השטח?
החוקרים מבססים את קביעתם על מדידת ההרכב האיזוטופי של פחמן אורגני בסלע. לפחמן שישה פרוטונים בגרעין, אך מספר הנויטרונים אינו קבוע - בין 12 ל־14. כל צירוף אטומי (פרוטונים+נויטרונים) נקרא איזוטופ, ולפחמן שני איזוטופים יציבים השונים זה מזה במספר הנויטרונים בגרעין - פחמן־12 ופחמן 13. נפוצותו הטבעית של פחמן־12 היא 98.9%, ולכן גם השינויים הצפויים בין שני האיזוטופים של הפחמן הם קטנים. יש ראקציות כימיות ה״מעדיפות״, משיקולי אנרגיה, את האיזוטופ הקל (במקרה זה פחמן־12), ולכן ההרכב האיזוטופי של הפחמן (ההתפלגות באחוזים של כל אחד מהאיזוטופים) משתנה בעקבות הראקציה - ההרכב האיזוטופי של המגיבים בראקציה נעשה ״כבד״ יותר (מדולל בפחמן־12), ואילו הרכב ה״תוצר״ נעשה ״קל״ יותר (מועשר בפחמן־12). פרקציונציה איזוטופית היא ההבדל בין ההרכב האיזוטופי של ה״תוצר״ ביחס ל״מגיב״, והיא נמדדת באלפית האחוז (פרומיל).
סלע עתיק (3.8 מיליארד שנה ) מדרום גרינלנד - האם יש בו סימני חיים?
James St. John, Flicker
מהשוואת הרכב הפחמן בסלעים מגרינלנד לערכים ידועים של חומר אורגני מלפני 3.5 עד 2.7 מיליארד שנה, עולה שהרכבו האיזוטופי של החומר האורגני מסלעי המשקע הקדומים שנמצאו בגרינלנד נמצא בתחום הערכים של החומר האורגני שנבדק עד עתה. עובדה זו מרמזת על האפשרות שמדובר בפחמן אורגני, ומכאן עולה המסקנה שהחיים על פני כדור הארץ החלו עוד מוקדם מכפי ששיערו עד כה, לפני 3.8 מיליארד שנה. עתה יש לוודא שההרכב האיזוטופי של הפחמן שנמדד בסלעים הקדומים הוא אכן תוצאה של ראקציות ביו־כימיות (פוטוסינתזה) ולא של ראקציות כימיות אחרות שהתרחשו בסלע לאחר היווצרותו.
מקור הפחמן במשקע הפחמתי ובמולקולות האורגניות באוקיינוסים כיום הוא במולקולת דו־תחמוצת־הפחמן המומסת במים. שני תהליכים שונים מעורבים במיצוי הפחמן ממולקולת ה־CO2 (קרבונט) במים. האחד הוא השקעה כימית של פחמה, והאחר הוא תהליך הפוטוסינתזה בצמחים. בתהליך הפוטוסינתזה יש העדפה לפחמן הקל יותר, ולכן הצמח ״מועשר״ בפחמן־12 באופן יחסי ל־CO2 המומס במים. גם בתהליך השקיעה הכימית של הפחמה במים מתרחשת פרקציונציה, אך היא הרבה יותר קטנה. מכאן שאם נמדוד באוקיינוסים כיום את הרכב הפחמה ששקעה במים ונשווה אותו להרכב הפחמן המומס במים, נמצא פער מזערי. לעומת זאת אם נשווה את הרכב הפחמה להרכב הפחמן באצה החיה במי האוקיינוס, נמצא שההבדל יכול להגיע ל־75 פרומיל. מכיוון שמימי האוקיינוס העתיק אינם בנמצא, הניחוהחוקרים שהם מיוצגים על ידי המשקע הפחמתי. נמצא שהרכב הפחמן בחומר החשוד כאורגני בסלעים אלו ״קל״ ב כ־25 פרומיל מהרכבה של הפחמה באותם סלעים.
ממצא זה הוביל את החוקרים למסקנה שהאצות שחיו במים הן שגרמו לפרקציונציה זו. עד שהגיעו לממצא זה סברו רוב החוקרים שהסלעים בני 3.5 מיליארד שנה באוסטרליה הם העדות הראשונה לקיום חיים על פני כדור הארץ. בסלעים אלו נמצאו גופיפים דמויי חיידקים ומשקעים דקיקים הנראים כמרבדי אצות. עדויות אלו אינן חד־משמעיות, אך מכיוון שהרכב הפחמן בסלעים אלו דומה לזה שנמדד בסלעים צעירים להם הכוללים עדות ודאית לנוכחות חיים, הן התקבלו על דעת רוב החוקרים. הניסיון הנוכחי לטעון שהחיים החלו עוד קודם לכן הוא בעייתי, מכיוון שכמחצית המדידות בסלעים שבגרינלד מצביעות על פרקציונציה גבוהה עוד יותר מזו שנמדדה בסלעים באוסטרליה.
עוד בעיה נובעת מכך שכל מדידות החומר האורגני הקדום נעשו על כלל החומר בלא אבחנה מדוקדקת, ואילו במחקר הנוכחי, בנוסף על כלל החומר האורגני, נמדדו גם גרגרי פחמה המצויים בתוך המינרל אפטיט. מדידות ייחודיות אלו התאפשרו רק בעקבות כניסתו של מכשיר חדשני המסוגל למדוד את ההרכב האיזוטופי של הפחמן בגופים שגודלם כ־20 מיקרון (אלפית המילימטר), והן אינן בנות השוואה כיום. ואולם כאשר משווים בין תוצאות סך כל החומר האורגני מהסלעים בגרינלנד והסלעים הצעירים מהם באוסטרליה, מתקבלת התאמה מלאה. המינרל אפטיט כשלעצמו מציין סביבה עשירה בחומר אורגני, והחוקרים הניחו שפגעי הזמן לא שינו את הרכב הפחמן בגרגרים המצויים בו מזמן היווצרותם, אך הנחה זו עדיין אינה מוכחת.
כמו כן, מאז היווצרותו עבר הסלע תהליכים רבים, כולל התחממות של יותר מ־500 מעלות ולחץ של 5000 אטמוספרות. זה כשלעצמו יכול להביא לשחלוף פחמן בין הסלע לסביבתו ולהסביר את ההתפלגות הנמדדת.
כך או כך, האם ייתכן שהחיים כבר החלו לפני 3.85 מיליארד שנה? מהפלנטות סביבנו אנו למדים על תקופה ארוכה שבה כדור הארץ היה נתון להפצצה כבדה של אסטרואידים שנלכדו בשדה הכבידה שלו בעת היווצרותו (ראו: ״מקור החיים עלי אדמות״, גליליאו 2). ההפצצה הכבדה האחרונה הסתיימה לפני כ־3.8 מיליארד שנה; מכאן שעל פי העדויות החדשות כמעט לא נותר מרווח זמן לתחילת החיים. אם אכן הסלעים שנחקרו מקבילים בזמנם פחות או יותר לסוף ההפצצה הגדולה האחרונה, האם ייתכן שהסלעים הקדומים מעידים על נוכחות חיים בכדור הארץ עוד לפניה? או שמא התפתחו החיים במהירות שיא אחרי התרחשותה? את האפשרות שההפצצה הכבדה של אסטרואידים גרמה לעיקור כדור הארץ מחיים שהיו נוכחים בו קודם העלו כמה חוקרים, וביניהם מהר וסטיבנסון (Maher & Stivenson). הם העלו אותה עוד ב־ 1989, אך התשובות לשאלות אלו תלויות בפירוש שניתן להרכב האיזוטופי של הפחמן.
פורסם ב"גליליאו" 22, מאי-יוני 1997
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה