מהפכת החיים של האצות הקדומות

אחוזי הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה עלו בהתמדה וגרמו לאפקט חממה שהעלה את הטמפרטורות בכל רחבי כדור הארץ. קרחונים נמסו והאוקיינוסים התחממו. כל זה התרחש לפני 659 מיליוני שנה, והוביל, לפי מחקר חדש שהתפרסם בכתב העת Nature, לשינויים בעלי השלכות מרחיקות לכת. בעולם החדש והחמים שנוצר שגשגו האצות החד-תאיות, שהן תאים גדולים יחסית בעלי גרעין, ותפסו את מקומם של החיידקים ששלטו בכדור הארץ לפניהן. האצות סיפקו מזון עשיר יותר ליצורים שניזונו מהם, וכך שינו את שרשרת המזון ובסופו של דבר הובילו להופעתם של בעלי החיים המורכבים, וביניהם האדם.

בהיסטוריה הארוכה של כדור הארץ היו תקופות חמות יותר וקרות יותר. לפני 717 מיליוני שנה החלה תקופה שזכתה לכינוי "כדור השלג ארץ": האוקיינוסים עצמם קפאו והאדמה כוסתה בשכבת קרח בעובי של למעלה מקילומטר. אין זה אומר שלא היו חיים בעולם: המים הקרים שקקו חיידקים, ביניהם חיידקים כחוליים שביצעו פוטוסינתזה, כלומר השתמשו באנרגיית השמש על מנת לייצר סוכרים.

לצידם חיו גם יצורים חד-תאיים גדולים יותר – התאים הראשונים בעלי הגרעין, ובכלל זה אצות חד-תאיות שעשו גם הן פוטוסינתזה. אך יחסי הכוחות היו ברורים: החיידקים היו רבים יותר באופן משמעותי, והאצות התקיימו רק בשוליים.

מתי כל זה השתנה? כדי לברר את זה בחנו חוקרים מאוסטרליה ומגרמניה משקעים שנוצרו באוקיינוסים בימים הרחוקים ההם. את המשקעים הם קיבלו מחברות הנפט, שהוציאו אותם מהאדמה במהלך חיפושיהם אחרי הזהב השחור.

המשקעים לא הכילו מאובנים של החיידקים או האצות: יצורים חד-תאיים אינם משאירים אחריהם עקבות כאלו כמעט אף פעם. עם זאת, הם הכילו את המולקולות שהרכיבו אותם. החוקרים התמקדו בשני סוגים של מולקולות שנמצאות בקרום של התאים – אחד מהם בקרום התא של החיידקים והשני בזה של האצות. על פי היחס בין שני סוגי המולקולות אפשר להעריך את הכמות היחסית של החיידקים והאצות בכל תקופה.

החוקרים גילו שכאשר הקרחונים הפשירו לפני 659 מיליון שנה, כנראה בעקבות פעילות של הרי געש ששחררה כמויות גדולות של פחמן דו חמצני לאטמוספרה, התרחש שינוי פתאומי: כמות המולקולות מקרומי התא של האצות שנמצאו במשקעים מהתקופה הזו עלתה מאות מונים על מה שנראה בתקופות קדומות יותר. גם מגוון המולקולות האלה עלה בחדות. מכאן הסיקו החוקרים שזו הייתה התקופה שבה האצות החליפו את החיידקים הכחוליים כיצורים הפוטוסינתטיים העיקריים. 14 מיליון שנה אחר כך הקרחונים חזרו והקפיאו את העולם, אבל המהפך כבר הושלם: האצות כבר תפסו את מקומן כשליטות האוקיינוס החדשות.

יותר מזון, יותר חיים

מה גרם לשגשוג הפתאומי של האצות? יוהרן ברוקס (Brocks), שהוביל את המחקר אמר בריאיון לאתר "אטלנטיק", שבזמן שהוא חיפש את התשובה הוא נתקל במאמר אחר, גם הוא מ-Nature, שהתפרסם רק כמה חודשים קודם לכן. החוקרים מצאו שרמת תרכובות הזרחן במי האוקיינוסים עלו בחדות ממש לפני שהאצות החלו להתפשט. "חשבתי לעצמי: וואו, לא יכול להיות לזה צירוף מקרים", סיפר ברוקס.

כאשר הקרחונים כיסו את האדמה, משקלם שחק את הסלעים שמתחת ויצר חול דק ועשיר בחומרים מזינים (נוטריינטים), ביניהם זרחן. כשהקרחונים הפשירו, הגשם שטף את החול אל הים והעשיר אותו. העלייה בכמות המזון אפשרה ליצורים גדולים יותר, שזקוקים ליותר חומרים, לחיות ולהתרבות. לפי ברוקס "כל עוד ריכוז הנוטריינטים נמוך, היצורים הקטנים ינצחו. בעולם עם מעט זרחן לא היה לאצות סיכוי".

החוקרים מעלים את האפשרות שהעלייה ברמות הזרחן הובילה להשתלטות האצות על האוקיינוסים, ולאחר מכן לשינויים דרמטיים עוד יותר: התפתחותם של בעלי החיים. ממחקרים קודמים ידוע שכמה מיליוני שנים לאחר שגשוג האצות החלו להופיע יצורים חד-תאיים גדולים יותר, שניזונו מהן, ולפני 635 מיליוני שנה החלו להופיע בעלי החיים הראשונים המורכבים מתאים רבים – לאחר מיליארדי שנים של חיים חד-תאיים.

לטענת החוקרים, מאחר שהאצות גדולות יותר, ולכן משמשות מקור מזון משובח יותר, הן היו הבסיס למערכת האקולוגית החדשה. "האצות סיפקו את המזון, מקור האנרגיה, שאפשר ליצורים לגדול", אמר ברוקס. "אני לא חושב שמערכת אקולוגית הכוללת כרישים הייתה מתאפשרת עם חיידקים בלבד".