ప్రాణాంతకం నుంచి ప్రాణ వాయువు వైపుకు-భూమిపై జీవం, ఆక్సిజన్ ల పరస్పర పరిణామం

అన్షు విఠపు

మనుషులుగా మనల్ని ఈ భూమిపై అత్యంత తెలివైన జీవులుగా నిలబెట్టేది ఏమిటి? అది ప్రశ్నలు అడిగే మన స్వభావం. మనం ప్రతిదాని గురించి ప్రశ్నలు అడుగుతాం. బహుశా అది మనిషి అనే జీవికి ఉన్న అత్యంత ప్రత్యేక లక్షణం. “ఇది ఎందుకు పనిచేస్తుంది?”, “ఇది ఎలా జరిగింది?” అంటూ నిరంతరం ఆలోచిస్తుంటాం. కానీ మన రోజువారీ జీవితంలో అతి సాధారణం అనిపించే కొన్ని విషయాలను మాత్రం ప్రశ్నించము. ఉదాహరణకు, ఉదయం నిద్రలేచిన వెంటనే మనం చేసే మొదటి పని – ఒక దీర్ఘ శ్వాస తీసుకోవడం. అయితే ఎప్పుడైనా మనకు “ఈ ఆక్సిజన్ అసలు ఎక్కడి నుంచి వచ్చింది?” అనే ప్రశ్న వచ్చిందా? రసాయన శాస్త్ర పాఠ్యపుస్తకంలో చెప్పిన సమాధానం కాదు. నిజంగా ఈ భూమిపై ఆక్సిజన్ ఎలా ఏర్పడింది?

ఆ ప్రశ్నకు సమాధానం భూమిమీద జీవం, ఆక్సిజన్ ఒకదానిని మరొకటి సృష్టించుకున్న, నాశనం చేసుకున్న, చివరికి పరస్పరాధారంగా పరిణామం చెందిన అద్భుత కథ.

ఆ కథను అర్థం చేసుకోవాలంటే మనం సుమారు 400 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం ఉన్న భూమికి వెళ్లాలి. అప్పటి భూమి మనకు తెలిసిన భూమిలా అసలు ఉండేది కాదు. వాతావరణంలో ప్రధానంగా మీథేన్, నైట్రోజన్, కార్బన్ డయాక్సైడ్ వాయువులే ఉండేవి. ఆక్సిజన్ లేదు. ఓజోన్ పొర లేదు. సూర్యుడి నుండి వచ్చే అతినీలలోహిత (UV) కిరణాలు నేరుగా భూమిని తాకేవి.

అయినా జీవం ఉండేది. అయితే అది మనకు తెలిసిన మొక్కలు, జంతువులు కాదు. సముద్రాల అడుగున నివసించే సూక్ష్మ ఏకకణ జీవులు మాత్రమే. ఇవి ఇనుము, గంధకం వంటి ఖనిజాల నుంచి శక్తిని పొందేవి. ఇవి పూర్తిగా అనాక్సిజనిక్ లేదా అనారోబిక్ జీవులు. అంటే వీటికి ఆక్సిజన్ అవసరం లేదు. అంతేకాదు, ఆక్సిజన్ వాటికి విషం వంటిది. నేటి జీవవ్యవస్థకు ప్రాణాధారం అయిన ఆక్సిజన్, అప్పటి జీవులకు ప్రాణాంతకం.

దాదాపు 200 కోట్ల సంవత్సరాల పాటు భూమిపై ఇదే పరిస్థితి కొనసాగింది.

అయితే సుమారు 300 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం ఒక అద్భుతమైన పరిణామం చోటుచేసుకుంది. సైనోబాక్టీరియా అనే సూక్ష్మజీవుల సమూహం సూర్యకాంతిని ఉపయోగించి సముద్రంలోని నీటి అణువులను విడదీయడం నేర్చుకుంది. ఈ ప్రక్రియలో ఉప ఉత్పత్తిగా ఆక్సిజన్ విడుదలైంది. దీనినే “ఆక్సిజన్ ఉత్పత్తి చేసే కిరణజన్య సంయోగక్రియ” (Oxygenic Photosynthesis) అంటారు. నేటి మొక్కలు కూడా ఇదే ప్రక్రియను ఉపయోగిస్తాయి.

ఇది సాధారణ విషయంలా అనిపించవచ్చు. కానీ భూమి చరిత్రలో జరిగిన అత్యంత విప్లవాత్మక జీవ పరిణామాల్లో ఇది ఒకటి. ఇలా మొదట్లో విడుదలైన ఆక్సిజన్ సముద్రాల్లో కరిగి ఉన్న ఇనుముతో ప్రతిచర్య జరిపి దానిని తుప్పు పట్టించింది. ఆ తుప్పు సముద్రం అడుగున పేరుకుపోయింది. ఈ పేరుకుపోయిన తుప్పు ఈ నాటికీ కొన్ని పురాతన శిలల్లో ఎరుపు-బూడిద రంగుల పొరలుగా కనిపిస్తాయి. వీటిని “బ్యాండెడ్ ఐరన్ ఫార్మేషన్స్” అంటారు.

లక్షలాది సంవత్సరాల పాటు సముద్రాలు ఈ ఆక్సిజన్‌ను గ్రహించాయి. కానీ ఒక దశలో సైనోబాక్టీరియా ఉత్పత్తి చేసిన ఆక్సిజన్ పరిమాణం సముద్రాలు గ్రహించగల సామర్థ్యాన్ని మించిపోయింది. అప్పుడు ఆక్సిజన్ వాతావరణంలోకి చేరడం ప్రారంభమైంది. దీనినే “మహా ఆక్సీకరణ సంఘటన” (Great Oxidation Event) అంటారు. ఇది సుమారు 210 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం ప్రారంభమైంది. అయితే ఇది ఆ నాటికి భూమిపై ఉన్న చాలా జీవులకు విపత్తుగా మారింది. ఆక్సిజన్ అత్యంత ప్రతిచర్యాత్మకమైన వాయువు. ఆక్సిజన్ లేని ప్రపంచంలో పరిణామం చెందిన అనేక సూక్ష్మజీవులు దీనిని తట్టుకోలేక నశించిపోయాయి.కొన్ని జీవులు మాత్రమే లోతైన మట్టిపొరలు, సముద్ర గర్భంలోని వేడి నీటి ఊటలు, ఆక్సిజన్ లేని ఇతర ప్రాంతాలకు వెళ్లి బతికాయి. వాటి వారసులు ఇప్పటికీ అలాంటి ప్రాంతాల్లో జీవిస్తున్నారు. జీవ పరిణామ చరిత్రలో అతి పెద్ద సంఖ్యలో జీవులు  అంతరించి పోయిన  సంఘటనలలో ఒకటిగా దీన్ని భావించవచ్చు. అయితే ఇది సూక్ష్మజీవులకు సంబంధించినది కావడంతో మనకు పెద్దగా తెలియదు.

కానీ ఇక్కడే కథలో అద్భుతమైన మలుపు ఉంది.

కొన్ని జీవులు ఆక్సిజన్‌కు అనుగుణంగా మారాయి. వాటికి ఆక్సిజన్ శత్రువు నుంచి, శక్తివంతమైన మిత్రుడిగా మారింది. ఆక్సిజన్‌ను ఉపయోగించి ఆహారాన్ని విచ్ఛిన్నం చేసే “ఏరోబిక్ శ్వాసక్రియ” ద్వారా అనారోబిక్ విధానాల కంటే అనేక రెట్లు ఎక్కువ శక్తి ఆ జీవులకి లభించింది.

దీనిని బలహీనమైన బ్యాటరీ ఇచ్చే శక్తితో జరిగే పని , నేరుగా విద్యుత్ గ్రిడ్‌ ఇచ్చే శక్తితో జరిగే పనితో పోల్చవచ్చు.

ఈ అదనపు శక్తే జీవ పరిణామంలో సంక్లిష్టతకు దారితీసింది. కణాలు మరింత అభివృద్ధి చెందాయి. కేంద్రకం కలిగిన యూకారియోటిక్ కణాలు పుట్టుకొచ్చాయి. ఇవి పూర్వపు సరళమైన కణాలు చేయలేని పనులను చేయగలిగాయి.

మన శరీరంలోని ప్రతి కణంలో ఉండే మైటోకాండ్రియా సంగతే తీసుకుంటే, ఇవి ఒకప్పుడు స్వతంత్రంగా జీవించిన ఏరోబిక్ బాక్టీరియాలే. సుమారు 200 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం అవి పెద్ద కణాల లోపల నివసించడం ప్రారంభించాయి. ఆ సహజీవన సంబంధం నేటికీ కొనసాగుతోంది. మన కణాల్లో శక్తిని ఉత్పత్తి చేసే యంత్రాలుగా అవి పనిచేస్తున్నాయి.

సుమారు 60 కోట్ల సంవత్సరాల క్రితం సముద్రాల్లో, వాతావరణంలో ఆక్సిజన్ స్థాయి మరింత పెరిగింది. ఇదే సమయంలో “కాంబ్రియన్ విస్ఫోటనం” (Cambrian Explosion) అనే సంఘటన జరిగింది. ఈ కాలంలో జంతు జీవుల వైవిధ్యం ఆశ్చర్యకరమైన వేగంతో పెరిగింది. కాంబ్రియన్ విస్ఫోటనానికి  ముందు బహుకణ జీవులు చాలా అరుదుగా ఉండేవి. కానీ ఆ తరువాత సముద్ర జంతు ప్రపంచంలోని దాదాపు అన్ని ప్రధాన జీవులు భూగర్భ శిలాజాల్లో కనిపించసాగాయి. పెద్దవి, చురుకైనవి, సంక్లిష్టమైనవి అయిన జీవులకు విపరీతమైన శక్తి అవసరం. ఆ శక్తిని సమకూర్చడానికి తగినంత ఆక్సిజన్ అవసరం.

అదే సమయంలో వాతావరణంలోని ఆక్సిజన్‌తో ఏర్పడిన ఓజోన్ పొర సూర్యుడి అతినీలలోహిత కిరణాలను అడ్డుకోవడం ప్రారంభించింది. దాంతో జీవులు మొదటిసారిగా సముద్రాల నుండి భూమిపైకి రావడానికి అవకాశం లభించింది. అంతవరకు సముద్రాలే జీవానికి సురక్షిత స్థలం. ఇప్పుడు భూమి మొత్తం జీవానికి అనుకూలం అయ్యింది.

ఇది సాధారణ కథ కాదు. జీవం మారింది, అలాగే పర్యావరణం మారింది, అనేంత సాధారణ కథ కాదిది. జీవం ఆక్సిజన్‌ను ఉత్పత్తి చేసింది. ఆ ఆక్సిజన్ అప్పటి జీవులలో చాలా వాటిని నాశనం చేసింది. మిగిలిన జీవులు దానికి అనుగుణంగా మారి మరింత సంక్లిష్టంగా పరిణామం చెందాయి. ఆ సంక్లిష్ట జీవాలు మరింత ఆక్సిజన్ ఉత్పత్తి చేశాయి. ఈ చక్రం నిరంతరం కొనసాగింది.

ఆక్సిజన్ నుంచి తమను తాము రక్షించుకోవడానికి జీవులు యాంటీఆక్సిడెంట్ ఎంజైములు, రక్షణాత్మక వర్ణద్రవ్యాలు, ఆక్సిజన్‌ను గుర్తించే జీవరసాయన వ్యవస్థలను అభివృద్ధి చేసుకున్నాయి. ఇవన్నీ జీవం స్వయంగా సృష్టించిన పరిస్థితులకు ఇచ్చిన ప్రతిస్పందనలు.

నేడు మన వాతావరణంలో సుమారు 21 శాతం ఆక్సిజన్ ఉంది. ఇది భూమికి సహజంగా లభించిన స్థిరమైన లక్షణం కాదు. ప్రపంచవ్యాప్తంగా జరుగుతున్న కిరణజన్య సంయోగక్రియ శ్వాసక్రియల మధ్య ఉన్న సున్నితమైన సమతుల్యత ఫలితం. జీవవ్యవస్థ మారితే వాతావరణం మారుతుంది. ఇదే గ్రహ స్థాయిలో జరిగే సహపరిణామం.

ఉదయం మనం తీసుకునే మొదటి శ్వాస సాధారణ సంఘటనలా కనిపించినా, అది 400 కోట్ల సంవత్సరాల చరిత్రకు చివరి అధ్యాయం మాత్రమే. ఒక సూక్ష్మజీవి, ఒక నీటి అణువు, ఒక రసాయనిక చర్యతో ప్రారంభమైన ఆ కథ నేటి మన వరకు చేరుకుంది.

ఆక్సిజన్ మొదట కనిపించినప్పుడు భూమిపై ఉన్న ఎక్కువ జీవాలను చంపింది. తరువాత అదే ఆక్సిజన్ నేడు మనం గుర్తించే జీవరాశులన్నింటినీ అభివృద్ధి చేసింది. ఇది విరుద్ధంగా అనిపించవచ్చు. కానీ ప్రకృతి స్వభావం అదే. అది దాదాపు ఎప్పుడూ ఎవరూ ఊహించని దిశలో సాగుతుంది.

మనం ప్రశ్నలు అడుగుతాం. ఎందుకంటే మనం మనుషులం. కొన్ని సందర్భాల్లో సరైన ప్రశ్న అడిగితే, దానికి వచ్చే సమాధానం మన ఊహలకు మించిన విశాల ప్రపంచాన్ని మన ముందుంచుతుంది.

(ఇంగ్లీషు మూలానికి తెలుగు అనువాదం)