ออกซิเจนเคยเปลี่ยนโลกของสิ่งมีชีวิตอย่างไร

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ ขอบคุณภาพประกอบจาก https://graphic.in.th

ทุกลมหายใจของเรามีออกซิเจนอยู่ราวหนึ่งในห้าของอากาศ แต่ถ้าพาโลกย้อนกลับไปไกลกว่า 2,400 ล้านปี ก๊าซชนิดเดียวกันนี้เคยเป็นปัญหาใหญ่สำหรับสิ่งมีชีวิตจำนวนมาก

ในเวลานั้น โลกมีจุลชีพเป็นหลัก และสิ่งมีชีวิตจำนวนมากดำรงอยู่โดยไม่ใช้ออกซิเจน พวกมันอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ออกซิเจนอิสระในบรรยากาศมีน้อยมาก จนกลไกป้องกันความเสียหายจากออกซิเจนยังไม่ใช่เรื่องจำเป็นของชีวิตยุคนั้น

เมื่อของเสียจากการสังเคราะห์แสงเริ่มสะสม

ผู้เปลี่ยนสมดุลของโลกคือไซยาโนแบคทีเรีย จุลชีพที่ใช้พลังงานแสงสร้างอาหารและปล่อยออกซิเจนออกมาเป็นผลพลอยได้ ช่วงแรกออกซิเจนที่ผลิตได้ไม่ได้ลอยขึ้นไปค้างอยู่ในอากาศทันที เพราะมันทำปฏิกิริยากับเหล็กที่ละลายในทะเล หิน แร่ และก๊าซจากภูเขาไฟเสียก่อน

เมื่อแหล่งที่คอยกินออกซิเจนเหล่านี้ถูกออกซิไดซ์ไปมากพอ ออกซิเจนจึงเริ่มสะสมในระดับที่เปลี่ยนเคมีของมหาสมุทรและบรรยากาศ เหตุการณ์นี้เรียกว่า Great Oxidation Event หลักฐานจากชั้นหินชี้ว่าการเปลี่ยนสำคัญเริ่มราว 2,430–2,400 ล้านปีก่อน และไม่ได้เพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตลอดเวลา

เหตุใดออกซิเจนจึงเป็นพิษได้

ออกซิเจนช่วยให้สิ่งมีชีวิตแบบเราได้พลังงานจากการหายใจอย่างมีประสิทธิภาพ แต่ในเซลล์ที่ยังไม่มีระบบรับมือ มันสามารถก่อสารออกซิแดนต์ที่ไปทำลายโปรตีน ไขมัน และสารพันธุกรรมได้ จึงไม่ใช่ภาพแบบก๊าซเผาเซลล์จนละลายทันที หากเป็นแรงกดดันทางเคมีที่ทำให้จุลชีพซึ่งไวต่อออกซิเจนต้องหลบไปอยู่ในที่ไร้ออกซิเจน ปรับตัว หรือสูญหายไปจากแหล่งอาศัยเดิม

ร่องรอยของการเปลี่ยนแปลงนี้ยังอยู่ในหินชั้นเหล็กสีแดงสลับดำจำนวนมาก ออกซิเจนช่วยเปลี่ยนเหล็กที่ละลายในน้ำให้ตกตะกอน กลายเป็นบันทึกธรณีวิทยาว่ามหาสมุทรยุคต้นกำลังเปลี่ยนสภาพ

ตัวเลข 99% ควรอ่านอย่างระวัง

คำเล่าว่าออกซิเจน “ฆ่าสิ่งมีชีวิต 99%” มักรวบหลายเหตุการณ์มาเป็นเรื่องเดียว งานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับช่วงปลาย Great Oxidation Event ประเมินว่า ผลผลิตขั้นต้นของชีวมณฑลอาจลดลงมากกว่า 80% ราว 2,018 ล้านปีก่อน และความลดลงที่มากกว่านั้นยังเป็นไปได้ตามแบบจำลองของผู้วิจัย

แต่นั่นคือค่าประเมินการผลิตชีวมวลของโลกในอดีตจากลายเซ็นไอโซโทป ไม่ใช่การนับจำนวนชนิดหรือจำนวนตัวของสิ่งมีชีวิตแล้วสรุปได้แน่ชัดว่า “ตาย 99%” อีกทั้งช่วงเวลานั้นห่างจากจุดเริ่มการเพิ่มของออกซิเจนหลายร้อยล้านปี และยังเกี่ยวข้องกับวัฏจักรธาตุอาหาร ภูมิอากาศ และเคมีของมหาสมุทรด้วย

เรื่องจริงจึงน่าสนใจกว่าพาดหัวเสียอีก: ออกซิเจนไม่ใช่ก๊าซดีหรือก๊าซร้ายโดยตัวมันเอง มันเป็นสารเคมีที่เปิดโอกาสให้ชีวิตบางกลุ่มได้พลังงานมากขึ้น ขณะเดียวกันก็สร้างเงื่อนไขที่โหดร้ายต่อชีวิตที่ยังไม่พร้อม โลกที่เราอยู่ทุกวันนี้เกิดขึ้นจากผู้รอดชีวิตที่ค่อย ๆ พัฒนาวิธีอยู่ร่วมกับมันได้