Oxy trước khi bầu khí quyển đổi thay

Ngày nay, oxy hiện diện khắp nơi trên Trái Đất, nhưng điều này không phải lúc nào cũng đúng. Giới khoa học cho rằng oxy chỉ trở thành thành phần ổn định trong khí quyển khoảng 2,3 tỷ năm trước, trong sự kiện được gọi là Đại Oxy hóa (Great Oxidation Event – GOE). Tuy nhiên, nghiên cứu mới gợi ý rằng một số sinh vật cổ đại đã biết cách sử dụng oxy từ hàng trăm triệu năm trước đó.

Nhóm nghiên cứu tập trung vào một loại enzyme có vai trò quan trọng trong việc xử lý oxy – heme-copper oxygen reductases. Đây là enzyme xuất hiện rộng rãi trong hầu hết các sinh vật hiện đại hô hấp bằng oxy, từ vi khuẩn cho đến con người. Kết quả phân tích cho thấy enzyme này đã xuất hiện từ kỷ Mesoarchean (3,2–2,8 tỷ năm trước), tức là sớm hơn nhiều so với thời điểm GOE.

Bí ẩn oxy biến mất

Nếu vi khuẩn lam (cyanobacteria) đã sản sinh oxy từ khoảng 2,9 tỷ năm trước, tại sao phải mất hàng trăm triệu năm sau oxy mới tích tụ trong khí quyển? Các giả thuyết trước đây cho rằng đá và các phản ứng địa hóa đã “hút” phần lớn lượng oxy. Nghiên cứu MIT bổ sung thêm một khả năng: chính sinh vật sống gần vi khuẩn lam đã tiêu thụ lượng oxy ít ỏi này, làm chậm quá trình tích tụ trong khí quyển.

Ý nghĩa của phát hiện

Theo Fatima Husain – đồng tác giả nghiên cứu, phát hiện này “thay đổi mạnh mẽ câu chuyện về hô hấp hiếu khí” và cho thấy sự sáng tạo phi thường của sự sống trong mọi giai đoạn lịch sử Trái Đất. Bằng cách truy ngược nguồn gốc enzyme qua hàng nghìn bộ gen hiện đại, nhóm MIT đã dựng lại bức tranh tiến hóa, chỉ ra rằng sự sống đã biết cách tận dụng oxy từ rất sớm.

Ghép mảnh ghép lịch sử oxy

Nghiên cứu này nối tiếp chuỗi công trình của MIT nhằm giải mã lịch sử oxy hóa của Trái Đất. Từ việc xác định thời điểm vi khuẩn lam xuất hiện, đến khi oxy thực sự trở thành thành phần ổn định trong khí quyển, các mảnh ghép đang dần khớp lại. Kết quả cho thấy: ngay sau khi vi khuẩn lam bắt đầu sản sinh oxy, những sinh vật khác đã nhanh chóng tiến hóa để sử dụng nó – và chính điều này có thể đã trì hoãn sự kiện GOE hàng trăm triệu năm.