Oxygen • Research • Biology • Earth • Atmosphereपौधे प्रकाश संश्लेषण के दौरान कार्बन-12 – सबसे हल्का आइसोटोप – का उपयोग करना पसंद करते हैं, समुद्री जल को छोड़कर और बाद में समुद्र तल पर बनने वाली चट्टानें कार्बन -13 में समृद्ध होती हैं। जब हम इन चट्टानों का विश्लेषण करते हैं, तो लाखों या अरबों साल बाद, यदि हम कार्बन-12 की तुलना में अधिक कार्बन-13 पाते हैं, हम अनुमान लगा सकते हैं कि अधिक प्रकाश संश्लेषण, और इस प्रकार अधिक ऑक्सीजन उत्पादन हुआ।
यहां बताया गया है कि हमारा डेटा कैसे हमें विदेशी जीवन को खोजने में मदद कर सकता है
हम ब्रह्मांड में अकेले हैं? यह एक ऐसा प्रश्न है जिसने सदियों से मनुष्यों को आकर्षित किया है और अनगिनत अध्ययनों और कल्पना के कार्यों को प्रेरित किया है। लेकिन क्या हम इसका पता लगाने के करीब पहुंच रहे हैं? अब जब जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (JWST) काम कर रहा है, तो हम एक दिन इसका जवाब देने में सक्षम होने में एक बड़ी छलांग लगा सकते हैं।
JWST के चार मुख्य उद्देश्यों में से एक एक्सोप्लैनेट का अध्ययन करना है – ऐसे ग्रह जो हमारे सौर मंडल के बाहर रहते हैं – और यह निर्धारित करते हैं कि उनका वायुमंडल किन गैसों से बना है। अब भूगर्भीय समय में पृथ्वी पर ऑक्सीजन की विविधता में हमारे नए शोध ने सुराग दिया है कि वास्तव में क्या देखना है।
यह समझने और समझने के लिए कि अन्य ग्रहों पर जीवन कैसे, कब और क्यों विकसित हो सकता है, यह एकमात्र ग्रह को देखने के लिए समझ में आता है जिसे हम वर्तमान में जानते हैं कि कौन सा मेजबान जीवन है: पृथ्वी। हमारे अपने ग्रह के जटिल विकासवादी इतिहास को समझना जीवन का समर्थन करने में सक्षम अन्य ग्रहों को खोजने की कुंजी प्रदान कर सकता है।
जीवन और ऑक्सीजन हम जानते हैं कि जानवरों को जीवित रहने के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, हालांकि कुछ, जैसे स्पंज, को दूसरों की तुलना में कम की आवश्यकता होती है। फिर भी, जबकि ऑक्सीजन आज आसानी से उपलब्ध है, जो वायुमंडल का 21% है, हम यह भी जानते हैं कि यह पृथ्वी के अधिकांश इतिहास के लिए सही नहीं था।
यदि हम लगभग 450 मिलियन वर्ष पहले अपने अतीत में गहराई से यात्रा करते हैं, तो हमें अपने साथ ऑक्सीजन टैंकों की एक आसान आपूर्ति करने की आवश्यकता होगी। लेकिन हम जिस चीज के बारे में कम निश्चित हैं, वह समय के साथ वातावरण और महासागरों में ऑक्सीजन की पूर्ण मात्रा है और क्या ऑक्सीजन के स्तर में वृद्धि ने पशु जीवन के विकास को बढ़ावा दिया या इसके विपरीत। इन सवालों ने वास्तव में कई बहसों और दशकों के शोध को जन्म दिया है।
वर्तमान सोच यह है कि ऑक्सीजन का स्तर तीन व्यापक चरणों में बढ़ा है। पहला, जिसे “महान ऑक्सीकरण घटना” कहा जाता है, लगभग 2.4 अरब साल पहले हुआ था, जिसने पृथ्वी को एक ऐसे ग्रह से बदल दिया था जो अनिवार्य रूप से वायुमंडल और महासागरों में ऑक्सीजन से रहित था, जिसकी स्थायी विशेषता के रूप में ऑक्सीजन था। तीसरा लगभग 420 मिलियन वर्ष पहले हुआ था और इसे “पैलियोज़ोइक ऑक्सीजनेशन इवेंट” कहा जाता है, जिसने वायुमंडलीय ऑक्सीजन में वर्तमान स्तर तक वृद्धि देखी।
लेकिन बीच में, लगभग 800 मिलियन वर्ष पहले, दूसरा चरण निहित है: “नियोप्रोटेरोज़ोइक ऑक्सीजनेशन इवेंट” या एनओई। प्रारंभ में, समुद्र तल पर बनी तलछटी चट्टानों से निकाली गई जानकारी से पता चलता है कि इस समय के दौरान ऑक्सीजन आधुनिक स्तर की तरह बढ़ गई थी।
हालाँकि, तब से एकत्र किए गए अधिक डेटा ने अधिक पेचीदा ऑक्सीजन इतिहास का सुझाव दिया है। महत्वपूर्ण रूप से, एनओई लगभग 600 मिलियन वर्ष पहले प्रकट होने वाले पहले जानवरों के साक्ष्य से ठीक पहले हुआ था।
ऑक्सीजन के स्तर की मॉडलिंग हमने एनओई के दौरान वायुमंडलीय ऑक्सीजन के स्तर का पता लगाने और पुनर्निर्माण करने के लिए निर्धारित किया कि यह देखने के लिए कि पहले जानवर किन परिस्थितियों में दिखाई दिए। ऐसा करने के लिए, हमने पृथ्वी का एक कंप्यूटर मॉडल बनाया , जिसमें विभिन्न प्रक्रियाओं के बारे में ज्ञान शामिल है जो वायुमंडल में ऑक्सीजन पहुंचा सकती है या इसे हटा सकती है।
हमने प्राचीन प्रकाश संश्लेषण दरों की गणना करने के लिए, दुनिया भर में जमा कार्बन-असर वाली चट्टानों की जांच की। प्रकाश संश्लेषण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा पौधे और रोगाणु सूर्य के प्रकाश, पानी और कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग शर्करा के रूप में ऑक्सीजन और ऊर्जा बनाने के लिए करते हैं – पृथ्वी पर ऑक्सीजन का मुख्य स्रोत।
कार्बन कई समस्थानिकों में स्वाभाविक रूप से मौजूद होता है – परमाणु जिनके नाभिक में न्यूट्रॉन की एक अलग संख्या होती है (नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बना होता है)। इसलिए विभिन्न समस्थानिकों के आकार और द्रव्यमान एक दूसरे से थोड़े भिन्न होते हैं।
हमने कार्बन के समस्थानिकों को देखा, जिन्हें कार्बन-12 और कार्बन-13 के नाम से जाना जाता है, जो रेडियोधर्मी क्षय से नहीं गुजरते हैं। प्रकाश संश्लेषण के दौरान पौधे कार्बन-12 – सबसे हल्का आइसोटोप – का उपयोग करना पसंद करते हैं, समुद्री जल को छोड़कर और बाद में समुद्र तल पर बनने वाली चट्टानें कार्बन -13 में समृद्ध होती हैं।
जब हम इन चट्टानों का विश्लेषण करते हैं, लाखों या अरबों साल बाद, यदि हमें कार्बन-12 से अधिक कार्बन-13 मिलता है, तो हम अनुमान लगा सकते हैं कि अधिक प्रकाश संश्लेषण, और इस प्रकार अधिक ऑक्सीजन उत्पादन हुआ। हमने फिर ज्वालामुखी गतिविधि का मॉडल तैयार किया, जो ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करने वाली गैसों को वायुमंडल से हटाकर छोड़ सकती है।
यह दृष्टिकोण थोड़ा अजीब लग सकता है, और आप पूछ सकते हैं कि हमारे लिए मापने के लिए और अधिक प्रत्यक्ष क्यों नहीं था। ऐसा इसलिए है क्योंकि इस समय के अधिकांश भूवैज्ञानिक साक्ष्य संरक्षित नहीं हैं, और ये कार्बन समस्थानिक अनुपात इस समय अवधि के दौरान हमारे पास मौजूद कुछ अच्छी तरह से परिभाषित डेटा सेटों में से एक हैं।
हमने जो पाया वह यह है कि, नियोप्रोटेरोज़ोइक युग के दौरान ऑक्सीजन के स्तर में एक साधारण छलांग के बजाय, वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा में काफी बदलाव आया और, भूवैज्ञानिक समय के पैमाने पर, बहुत तेजी से। जबकि 750 मिलियन वर्ष पहले, ऑक्सीजन ने वायुमंडल का 12% हिस्सा बनाया था, केवल कुछ दसियों लाख वर्षों में, यह लगभग 0.3% – एक छोटा अंश – कुछ मिलियन वर्षों बाद फिर से उठने से पहले गिर गया था।
हमारे शोध से पता चलता है कि वायुमंडलीय ऑक्सीजन ने शायद इस नृत्य को उच्च और निम्न स्तरों के बीच तब तक जारी रखा जब तक पौधों ने लगभग 450 मिलियन वर्ष पहले भूमि पर पैर जमा नहीं लिया था।
विदेशी जीवन की खोज ये परिणाम कई कारणों से पेचीदा हैं। हमने अक्सर सोचा है कि पिछले 4.5 अरब वर्षों में पृथ्वी ने जिस सापेक्ष स्थिरता का अनुभव किया है, वह जीवन के फलने-फूलने के लिए आवश्यक है। आखिरकार, जब बड़ी घटनाएं, जैसे कि क्षुद्रग्रह प्रभाव, हुई हैं, तो यह पृथ्वी के कुछ निवासियों (क्षमा करें, डायनासोर) के लिए अच्छा नहीं रहा है।
लेकिन अगर पहले जानवर अत्यधिक परिवर्तनशील ऑक्सीजन स्तरों की पृष्ठभूमि के खिलाफ विकसित हुए, तो यह सुझाव देता है कि पारिस्थितिक नवाचार को बढ़ावा देने के लिए इसके बजाय कुछ गतिशील परिवर्तनों की आवश्यकता हो सकती है।
हमारे परिणाम बताते हैं कि कम वायुमंडलीय ऑक्सीजन का स्तर कुछ साधारण जीवों के विलुप्त होने को चलाकर और अधिक जटिल जीवन विकसित करने के लिए महत्वपूर्ण हो सकता है और जीवित बचे लोगों को ऑक्सीजन का स्तर फिर से बढ़ने पर विस्तार और विविधता लाने की इजाजत देता है। इसलिए, हमें उन एक्सोप्लैनेट पर करीब से नज़र डालने से इंकार नहीं करना चाहिए जिनमें खराब ऑक्सीजन युक्त वातावरण होता है।
बेशक, यह एक बहुत ही पृथ्वी और यहां तक कि पशु-केंद्रित दृष्टिकोण है। पृथ्वी पर जीवन के लिए विदेशी जीवन पूरी तरह से अलग हो सकता है। उदाहरण के लिए, यह टाइटन जैसे ग्रहों के पिंडों पर अच्छी तरह से मौजूद हो सकता है – शनि के चंद्रमाओं में से एक – जिसमें तरल मीथेन और ईथेन के समुद्र हैं। लेकिन अलौकिक जीवन की हमारी खोज में एक प्रारंभिक बिंदु के रूप में, पृथ्वी पर वायुमंडलीय ऑक्सीजन के इतिहास को समझना एक उपयोगी मार्गदर्शिका है।
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