Dünyadaki Oksijenin Temel Kaynağı Nedir?

Birçoğumuz oksijeni, sağlıklı bir vücudun oksijeni nasıl yönettiğini ve pandemilerle karmaşıklaşan bu süreci düşünürüz. Ancak az sayıda kişi, Dünya'nın sakinleri olarak benzersiz bir ayrıcalığa sahip olduğumuzu fark eder. Biz ve Dünyadaki çoğu diğer hayvan, evrendeki bilinen tek sınırsız oksijen kaynağına sahip canlılarız. Çoğumuz, bitkilerin Dünya'nın oksijeninin birincil kaynaklarından biri olduğunu bilsek de, tek veya başlıca kaynak olmadıklarını biliyor muyuz? Bu makalede bunu keşfedeceğiz.

Fotosentez:

Fotosentez, doğanın en büyük harikalarından biridir ve güneş ışığı enerjisini kullanarak oksijenin salınmasını sağlar. İlk atmosferik oksijen, siyanobakterilerin metabolik aktivitesinden kaynaklandı, bu organizmalar onu kullandı. Ancak oksijen onlar için istenmeyen bir yan üründü ve organizmaların başarılı olabilmesi için uzaklaştırılması gerekiyordu. Yaklaşık iki milyar yıl önce, atmosferik oksijen konsantrasyonunda önemli bir artış oldu ve hava basıncında kısmi oksijen basıncı yaklaşık 200 mm Hg'ye ulaştı. Büyük Oksidasyon Olayı olarak adlandırılan bu olay, oksijenin toksik olduğu sayısız anaerobik canlı için bir ölüm fermanıydı. Bugün, atmosferik oksijenin büyük bir kısmı siyanobakteriler ve bu istenmeyen yan ürünü atan yeni keşfedilmiş bakteriler dahil olmak üzere mikroorganizmaların fotosentezinden gelmektedir. Sonuç olarak, deniz seviyesindeki atmosferik konsantrasyonu neredeyse sabit kalarak yaklaşık 150 mm Hg seviyesinde kalmaktadır, ancak bundan sorumlu olan faktörler iyi anlaşılmamıştır.

Dünya'daki Atmosferik Oksijenin Kökenleri:

Güneş sistemimizin 4-5 milyar yıl önce oluşmaya başladığında, katı bileşenler ve onlara eşlik eden bazı gazlar içeriyordu. Bu sistem, yerçekimi ile bir arada tutuldu ve gazlarda serbest oksijen az veya hiç yoktu, azot, hidrojen, helyum, metan ve bazı diğer düşük atom numaralı elementlerin bir karışımı olduğu düşünülüyordu. Bu durum, güneş sistemimiz ile sekiz gezegeni (ve Plüton) önemli miktarda atmosferik oksijen olmadan yavaş yavaş evrimleşirken milyonlarca yıl sürdü. Sonra, fotosentez mucizesi sayesinde olağanüstü bir değişiklik meydana geldi ve bazı organizmaların güneş ışığını kullanarak hidrojen elde etmelerini ve onu karbon ile birleştirerek besin sentezlemelerini sağladı. Bu, Dünya sakinlerini kökten dönüştüren biraz oksijen gazının oluşumuna yol açtı. Bu ilk oksijen, mavi-yeşil renkleriyle tanınan siyanobakteri adı verilen bir mikroorganizma ailesinin yükselişi ile gerçekleşti. Bu organizmaların kökeni bilinmemektedir, ancak klorofille ilişkili fotosentetik pigmentler sayesinde fotosentez yapabiliyorlardı. Bugün bitkilerde görülen klorofilin, siyanobakterilerdeki o pigmentlerden evrildiği düşünülmektedir.

Bugün Dünyadaki En Büyük Oksijen Rezervuarı Nerede?

Atmosferin, tüm gezegeni 80 km'nin üzerinde kapsayan %21 oksijen içerdiği göz önüne alındığında, çoğu oksijenin burada olduğu varsayılır. Ama bu yanlıştır. Ağırlıkça oksijen miktarının en fazlası (%90'dan fazla), oksitler ve silikatlar gibi katı kimyasal formlarda bulunur. Aslında, atmosferdeki, okyanuslardaki ve yaşayan organizmalardaki oksijen miktarlarını toplarsanız, Dünya'nın toplam oksijen kütlesinin %0.05'inden azını oluştururlar.

Bugün Dünyadaki Başlıca Oksijen Kaynakları Nelerdir?

Daha önce belirtildiği gibi, siyanobakteriler ve diğer fotosentetik fitoplankton, oksijenin temel kaynaklarıdır. Ancak başka önemli kaynaklar da var. İlki, okyanuslar üzerindeki denizel organik malzemelerin çökeltileridir ve ikincisi, yerkürenin mantosundaki oksijeni volkanlar ve diğer kaynaklardan salıveren tektonik plakalardır. Bitkiler ve ağaçlar da önemli miktarlarda oksijen salmaktadır.

Yakın zamanda yapılan bilimsel bir atılım, okyanuslarda başka önemli bir oksijen kaynağını ortaya çıkardı: Denizel Prochlorococcus. Bugün Prochlorococcus'un, özellikle suptropik alanlarda, Pasifik ve Atlantik'te yoğun sayıda bulunan bugün okyanuslardaki en bol organizma olduğuna inanılıyor. Bu organizma, 0.4 ila 0.6 mikron çapıyla, ışık mikroskobu çözünürlük sınırlarına yakındır. Genellikle, Prochlorococcus alanlarındaki deniz suyu konsantrasyonları ml başına 105 hücreyi aşmaktadır. Okyanuslardaki hücrelerin toplam yüzey alanı, kitlesel hücre sayısı nedeniyle astronomiktir. Prochlorococcus klorofilinin ışığı toplamada son derece verimli olduğu düşünülmektedir.

Büyük Oksidasyon Olayı:

Daha önce belirtildiği gibi, siyanobakteriler Dünya'nın tarihinin erken dönemlerinde biraz oksijen salmıştı. Ancak atmosferik oksijen konsantrasyonu milyonlarca yıl boyunca düşük kaldı, belki 10 mm Hg'den azdı. Bu düşük seviyenin nedenleri belirsizdir, ancak okyanusların ve bazı karasal yüzeylerin oksijeni emdiği öne sürülmektedir. Ardından, yaklaşık 2 milyar yıl önce, atmosferik oksijen konsantrasyonunda muazzam bir artış yaşandı. Kısmi oksijen basıncı çok düşük bir değerden şu anki seviyesini 150 mm Hg'ye yükseldi. Gezegenimiz buz çağları gibi dramatik olaylar yaşamış olsa da, bu dramatik atmosfer bileşimi değişikliği benzeri görülmemişti.

Bir yandan, bu, bugün Dünya'da görülen oksijen bağımlı türlerin muazzam çeşitliliğini sağladı. Ancak aynı zamanda önemli bir olumsuz etkiye de yol açtı; devasa oksijen konsantrasyonu artışı, birçok anaerobik canlı türü için ciddi sonuçlar doğurdu. Gerçekten de, sonrasında gerçekleşen yok oluş, gezegenimizin biyolojik tarihinin en yıkıcı olaylarından biriydi. Ancak atmosferik oksijenin bu büyük artışına ne sebep oldu? Geniş araştırmalara ve buna karşılık gelen makaleler seline rağmen, bu alandaki geniş cehalet hâlâ devam etmektedir.

Sonuç:

Oksijen molekülleri son derece reaktif olup birçok besin kaynağını oluşturur. Biz ve Dünya'da evrimleşen diğer hayvanların, bu molekülün diğerleriyle kolayca reaksiyona girebilmesini sağlayan benzersiz özelliklerinden faydalandığımızı varsayabiliriz. Evrenin trilyonlarca ötegezegenlerinden bazılarında keşfedileceği kesin olan diğer yaşam formları, oksijen avantajı bulunmadığı için farklı olabilecek mi göreceğiz.