אסון החמצן

אסון החמצן (המכונה גם שואת החמצן או משבר החמצן) הוא שלב בתולדות כדור הארץ לפני כ־2.4 מיליארד שנים, שבו ריכוז החמצן באטמוספירה עלה במידה רבה.

התופעה החלה כשחיידקים ימיים שנקראים כחוליות (חיידקים כחולים) התחילו לבצע פוטוסינתזה, תהליך שבו אור השמש והמים משמשים לייצור אנרגיה ותוצר לוואי הוא חמצן (O2). בתחילה רוב החמצן שנוצר נקלט על ידי מאגרי ברזל בים ונהפך לתחמוצות ברזל. רק אחרי שהברזל התחמצן במידה נרחבת החל ריכוז החמצן באטמוספירה לעלות במהירות יחסית.

עליית החמצן שינתה את תנאי החיים. חיידקים אל-אווירניים, שאינם יכולים להתמודד עם נגזרות חמצן רעילות (חומרים פעילים וכימיים שנקראים רדיקלים חופשיים), נכחדו במקומות רבים. חיידקים שמצאו מקלט באזורים בלי חמצן שרדו והם קרובי משפחה של החיידקים האל-אווירניים של היום. במקביל התפתחו חיידקים שניצלו את החמצן לייצור אנרגיה בזרחון חמצוני (שימוש בחמצן להפיק יותר אנרגיה), וכך נוצר הבסיס לתאים אאוקריוטיים וליצורים רב-תאיים.

אחת מהממצאיים הביולוגיים שמראים הסתגלות לשינוי הן אברונים שנקראים פרוקסיזומים (פרוקסיזומים, חללים בתא שמנטרלים תרכובות חמצן מזיקות). עוד שידרוג חשוב בתאים היה כניסת המיטוכונדריון, שריד של חיידק אווירני שהפך לחלק מהתא ועוזר להפיק אנרגיה בעזרת חמצן.

השינוי בכמות החמצן השפיע גם על האקלים. החמצן הגיב עם מתאן, שהיה גז חממה חזק. בעקבות כך אפקט החממה החלש וכדור הארץ התקרר, ואולי זה קשור לתקופות קיפאון גדולות כמו "כדור השלג".

הרכב האטמוספירה הקדומה נחשב בעיקר לניטרוגן (N2) ופחמן דו־חמצני (CO2), שנוצרו מפעילות געשית. לפני הופעת הכחוליות ריכוז החמצן היה זעום. השמש הנעשת בהירה יותר לאורך זמן גרמה לכך שהאקלים הושפע משילוב של גזי חממה, כמו CO2 ומתו־אן (מתאן) שנוצרו על ידי מיקרואורגניזמים מוקדמים הנקראים מתנוגנים. החמצון ההמוני של הברזל בים איפשר רק בשלבים מאוחרים יותר עלייה חדה בכמות ה־O2, והאירועים הללו שינו את מסלול האבולוציה על פני כדור הארץ.

אסון החמצן קרה לפני כ־2.4 מיליארד שנים. אז הכמות של החמצן באוויר גדלה מאוד.

זה התחיל כשחיידקים מיוחדים שנקראים כחוליות עשו פוטוסינתזה. פוטוסינתזה זו פעולה שבה שמש ומים הופכים לאנרגיה, ותוצר הוא חמצן. בהתחלה רוב החמצן נספג על ידי ברזל בים. כשהברזל התחמצן, החמצן הצטבר באוויר.

הרבה חיידקים שלא יכלו לחיות עם חמצן מתו או נדחקו למקומות בלי חמצן. חיידקים אחרים למדו להשתמש בחמצן לייצור אנרגיה. בתאים אלה התפתחו חלקים קטנים שנקראים מיטוכונדריון. מיטוכונדריון עוזר לתת הרבה אנרגיה לתא.

החמצן גם השפיע על מזג האוויר. הוא הגיב עם מתאן, גז שחימם את כדור הארץ. אחרי זה האדמה התקררה, ואולי הגיעה תקופה מאוד קרה שנקראה "כדור השלג".

האטמוספירה הקדומה הייתה עשויה בעיקר מניטרוגן ופחמן דו־חמצני. השמש הייתה חלשה יותר, אבל היו גזי חממה שחיממו את כדור הארץ. החיידקים שהחלו לייצר חמצן שינו את העולם והכינו אותו לקיום יצורים גדולים ומורכבים יותר.