مأزق الأكسجين عند القزم الأحمر ⚡ экспресс
سبق ظهور التمثيل الضوئي المنتج للأكسجين على الأرض حدث الأكسجة الكبير (قبل 2.3 مليار سنة) بنحو 700 مليون سنة. إذا قمنا بنقل هذا التأخير نسبيًا إلى كوكب شبيه بالأرض حول النجم TRAPPIST-1 (وهو قزم M متأخر، درجة حرارته الفعالة 2560 كلفن)، فإنه بسبب الضعف الشديد للإشعاع النشط للتمثيل الضوئي (0.9% فقط من الإشعاع الأرضي)، فإن التقدير الخطي للوقت حتى حدث الأكسجة الكبير سيبلغ 63 مليار سنة. وبأخذ التثبيط الضوئي (تشبع الضوء وانخفاض التمثيل الضوئي) في الاعتبار، بالإضافة إلى توسيع نطاق الإشعاع النشط للتمثيل الضوئي بمقدار 50 نانومتر (مما يزيد عدد الفوتونات بمقدار 2.5 مرة)، يقلص هذا التقدير إلى 1-5 مليارات سنة. غير أن المتعضيات الضوئية غير المنتجة للأكسجين، القادرة على استخدام الأشعة تحت الحمراء القريبة حتى 1100 نانومتر، تملك وفرة فوتونية تفوق بـ 22 مرة، وستهيمن على الأرجح في هذه الظروف منخفضة الطاقة. وبالتالي، على الكواكب حول النجوم القزمة M المتأخرة، قد لا يصل الأكسجين أبدًا إلى مستويات مهمة، مما يجعل ظهور الحياة العيانية المعقدة غير مرجح للغاية.
عند TRAPPIST-1، يخسر البناء الضوئي الأكسجيني السباق. هذا النجم القزم يشع بشكل رئيسي بالأشعة تحت الحمراء، لا بالضوء المرئي، على عكس الشمس. النباتات الأرضية، بأسرها الضوء بألوان محددة، راكمت الأكسجين، لكن هنا هذه الأشعة شحيحة جدًا. لوحده، لاستغرق الأمر 63 مليار سنة — أكثر من عمر الكون. مع الأخذ بالاعتبار أن فائض الضوء يضر الخلايا والنطاق المسموح به أوسع، يتقلص الزمن إلى 1–5 مليارات سنة. لكن تدخل السباق بكتيريا لا تنتج الأكسجين، لكنها ترى الأشعة تحت الحمراء بوضوح حتى 1100 نانومتر. عند TRAPPIST-1، تزيد كميته 22 ضعفًا عن الضوء المرئي. ستسيطر على المحيطات، وتمنع الموارد عن المنافسين. وبدلًا من الخضرة، بحار أرجوانية. بدون الأكسجين، لن يحدث الانفجار الكامبري — طوفان الكائنات المعقدة. لذلك، معظم الكواكب الشبيهة بالأرض حول الأقزام الحمراء، المكتشفة بفضل ويليام بوروكي وديفيد شاربونو، ستبقى عالَمًا من الميكروبات إلى الأبد. مصير المحيط الحيوي لا تقرره فقط المسافة إلى النجم، بل أيضًا لون ضوئه.
🎯 على الأرض، لا تزال البكتيريا الكبريتية الأرجوانية التي تستخدم الضوء تحت الأحمر تعيش في الينابيع الحارة — ربما هكذا بدت الحياة في المحيطات القديمة قبل ثورة الأكسجين.