જીવસૃષ્ટિને પ્રાણ બક્ષતા પ્રાણવાયુના જન્મનું રહસ્ય

પૃથ્વી પર વસતી સમગ્ર જીવસૃષ્ટિનું જીવન ટકાવી રાખવા માટે પ્રાણવાયુ સૌથી પહેલી શરત છે. પ્રાણવાયુને આપણે ઓક્સિજન તરીકે ઓળખીએ છીએ. આજના યુગમાં ઔદ્યોગિકરણનો વ્યાપ સતત વધી રહ્યો હોવાથી જીવસૃષ્ટિની સૌથી મૂળભૂત જરૂરિયાત સમાન પ્રાણવાયુ પણ સતત દુષિત થઈ રહ્યો છે. પૃથ્વી પરના જળ, જમીન અને વાયુને શુદ્ધ રાખવાની જવાબદારી બીજા પશુ-પંખીઓની નહીં પણ માનવજાતની છે. હાલની સ્થિતિ જોતા તો એવું જ કહી શકાય કે, માણસે તેના અસ્તિત્વથી લઈને અત્યાર સુધી પ્રાણવાયુને ‘ટેકન ફોર ગ્રાન્ટેડ’ જ લીધો છે. પ્રાણવાયુ ખરેખર કુદરતે પૃથ્વીને આપેલી અમૂલ્ય ભેટ છે. કારણ કે, સમગ્ર બ્રહ્માંડમાં પૃથ્વી જ એક એવો ગ્રહ છે જ્યાં પ્રાણવાયુ એટલે કે ઓક્સિજન ઉપલબ્ધ છે. વિજ્ઞાનીઓ અનેક વર્ષોથી એ જાણવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા છે કે, આખરે પૃથ્વી પર ઓક્સિજનનો ઉદ્ભવ કેવી રીતે થયો? તાજેતરમાં જ ડેનમાર્કના કેટલાક વિજ્ઞાનીઓએ ઓક્સિજનનો ઉદ્ભવ કેવી રીતે થયો એ દિશામાં મહત્ત્વનું સંશોધન કર્યાનો દાવો કર્યો છે. 

ડેનમાર્કના વિજ્ઞાનીઓએ ઓક્સિજનના ઉદ્‍‍ભવ અંગે કરેલા સંશોધનની નોંધ ‘નેચર’ જેવા પ્રતિષ્ઠિત સામયિક અને ‘ધ પ્રોસિડિંગ્સ ઓફ ધ નેશનલ એકેડેમીઝ ઓફ સાયન્સીસ’ જર્નલમાં પણ લેવાઈ છે. માણસના ઉત્ક્રાંતિકાળને લગતી ડાર્વિન સહિતની ઘણી થિયરી પ્રચલિત છે પણ ઓક્સિજનનો ઉદ્‍‍ભવ કેવી રીતે થયો તેના વિશે હજુ સુધી ચોક્કસ જાણી શકાયું નથી. જોકે, મોટા ભાગના વિજ્ઞાનીઓ એક વાત સ્વીકારે છે કે પૃથ્વીનો જન્મ થયો ત્યારે તેના વાતાવરણમાં ઓક્સિજન ન હતો અને પૃથ્વીના જન્મ પછી વાતાવરણમાં ઓક્સિજનનું સર્જન થવામાં કરોડો વર્ષનો સમય વીતી ગયો હતો. ઓક્સિજનના ઈતિહાસની’ દિશામાં થયેલું આ સંશોધન યુનિવર્સિટી ઓફ સધર્ન ડેનમાર્કના પ્રોફેસર અને જિયોકેમિસ્ટ (ભૂ-રસાયણશાસ્ત્રી) ડોનાલ્ડ કેનફિલ્ડની આગેવાનીમાં થયું છે. કેનફિલ્ડ જણાવે છે કે, “હાલનું પૃથ્વીનું ઓક્સિજનથી ભર્યું ભર્યું વાતાવરણ ભૂસ્તરશાસ્ત્ર (જિયોલોજી) અને બાયોલોજી (જીવવિજ્ઞાન)ની અતિ જટિલ પ્રક્રિયાને આભારી છે.”

કેનફિલ્ડ અને તેમની ટીમે કરોડો વર્ષ પહેલાનું વાતાવરણ કેવું હતું એ જાણવા માટે કરોડો વર્ષ પહેલાંના ખડકોનો ઊંડો અભ્યાસ કર્યો હતો. આ અભ્યાસમાં વિજ્ઞાનીઓને ખડકો પરની ‘કેમિકલ ફિંગરપ્રિન્ટ’નું અત્યાધુનિક સાધનોની મદદથી વિશ્લેષણ કર્યું હતું. આ ખડકોની કેમિકલ ફિંગરપ્રિન્ટ પરથી જાણવા મળ્યું હતું કે, ખડકો પર મળી આવેલા કેટલાક અણુઓનું ફક્ત ઓક્સિજનની હાજરીમાં જ સર્જન થઈ શકે. આ અણુઓના અભ્યાસ બાદ વિજ્ઞાનીઓ પાસે ચોક્કસ પુરાવા છે કે, કરોડો વર્ષ પહેલાં પૃથ્વી પર અત્યારના કરતા વધુ માત્રામાં ઓક્સિજન હતો. આ દરમિયાન કેનફિલ્ડે પૃથ્વીના સૌથી જૂના ગણાતા ખડકોની કેમિકલ ફિંગરપ્રિન્ટનો પણ અભ્યાસ કર્યો હતો અને આશ્ચર્યની વાત તો એ છે કે, આ ખડકોમાં ઓક્સિજનની હાજરીનું પ્રમાણ આપતા કોઈ અણુઓ મળ્યા ન હતા. આ વાત સાબિત કરે છે કે, પૃથ્વીના જન્મ વખતે વાતાવરણમાં ઓક્સિજનની હાજરી ન હતી.

કેનફિલ્ડ અને તેમની ટીમનો દાવો છે કે, પૃથ્વીના જન્મ સમયે વાતાવરણમાં કાર્બન ડાયોક્સાઈડ, મિથેન અને નાઈટ્રોજનનું પ્રમાણ જ સૌથી વધારે હતું. આ દરમિયાન સૂર્યપ્રકાશના કારણે કાર્બન ડાયોક્સાઈડ અને અન્ય અણુઓમાંથી ઓક્સિજન છૂટો પડતો હતો, પરંતુ તે વાતાવરણમાં ભળતા જ અદૃશ્ય થઈ જતો હતો. કારણ કે, વૈજ્ઞાનિક દૃષ્ટિએ ઓક્સિજન ‘ફ્રેન્ડ્લી એલિમેન્ટ’ તરીકે ઓળખાય છે અને ઘણાં બધા અણુઓ સાથે સંપર્કમાં આવીને રાસાયણિક પ્રક્રિયા કરી શકે છે. દાખલા તરીકે, ખડકોમાં રહેલા આયર્ન (લોખંડ)ના અણુઓ સાથે સંપર્કમાં આવીને તે લોખંડમાં કાટ (સડો) પેદા કરે છે. એવી જ રીતે, જ્વાળામુખીઓમાંથી ફાટીને પેદા થયેલા હાઈડ્રોજન સાથે મળીને હાઈડ્રોજન પેરોક્સાઈડ અને બીજા કેટલાક વાયુઓનું પણ સર્જન કરે છે. પરંતુ પૃથ્વી પરના સૌથી જૂના ખડકોમાં આવા કોઈ જ નિશાન નથી અને તેથી વિજ્ઞાનીઓ એવા તારણ પર આવ્યા છે કે, કરોડો વર્ષો પહેલાં પૃથ્વી પર ઓક્સિજનનું પ્રમાણ શૂન્ય હોવાની પૂરેપૂરી સંભાવના છે.

કેનફિલ્ડનો દાવો છે કે, આશરે ત્રણ અબજ વર્ષ પહેલાં પૃથ્વી પર ઓક્સિજનના સર્જનની શરૂઆત થઈ હતી.  એ પહેલાં પૃથ્વી પર આજના કરતા ફક્ત 0.03 ટકા ઓક્સિજન હતો. વિજ્ઞાનીઓએ ઊંડું વિશ્લેષણ કરીને સાબિત કર્યું છે કે, ત્રણ અબજ વર્ષ જૂના ખડકો પર ઓક્સિજનની ફિંગરપ્રિન્ટ છે જ નહીં. જોકે વિજ્ઞાનીઓને હજુ પણ એક પ્રશ્ન મૂંઝવી રહ્યો છે કે, ફક્ત સૂર્યપ્રકાશના કારણે પૃથ્વી પર આટલા મોટા પ્રમાણમાં ઓક્સિજન ઉત્પન્ન ના થઈ શકે. આટલો ઓક્સિજન ફક્ત ‘જીવન’ની મદદથી જ પેદા થઈ શકે. આ અંગે વિજ્ઞાનીઓએ એવી થિયરી રજૂ કરી છે કે, ત્રણેક અબજ વર્ષ પહેલાં પૃથ્વી પર જીવતા સૂક્ષ્મ જીવાણુઓમાં પ્રકાશ સંશ્લેષણની પ્રક્રિયાની ક્ષમતા વિકસી ગઈ હશે. મોટે ભાગે સમુદ્રની સપાટી પર જીવતા આ સૂક્ષ્મ જીવો કાર્બન ડાયોક્સાઈડ અને પાણીમાંથી શક્તિ મેળવવા સૂર્યપ્રકાશનો ઉપયોગ કરતા હશે. આ પ્રક્રિયામાં ઓક્સિજનનું ‘વેસ્ટ’ તરીકે ઉત્સર્જન થતું હોય છે.

આ પ્રક્રિયામાં પૃથ્વી પર બહુ મોટી માત્રામાં ઓક્સિજન પેદા થાય છે અને સૂક્ષ્મ જીવો મૃત્યુ પામ્યા પછી ઓક્સિજન તેના કાર્બન સાથે સંયોજન કરવાનું શરૂ કરે છે. જોકે, આ પ્રક્રિયાના અંતે પણ થોડો ઓક્સિજન બાકી રહી જાય છે. કારણ કે, સૂક્ષ્મ જીવોના મડદાંના રૂપમાં ફેલાયેલો ઘણો બધો ઓર્ગેનિક કચરો સમુદ્રમાં ડૂબી જાય છે અને સમુદ્રની સપાટીની નીચે જઈને અન્ય અણુઓ સાથે ઓક્સિજન સંયોજન કરી  શકતો નથી. એટલે વધેલો ઓક્સિજન વાતાવરણમાં ભળવાની શરૂઆત થાય છે. આ ઓક્સિજનનું પ્રમાણ સામાન્ય નહીં પણ પછીના બે-ત્રણ અબજ વર્ષ ચાલે એટલું હતું. આ જટિલ પ્રક્રિયા વખતે પૃથ્વીનું વાતાવરણ ઠંડુ પડવાથી ઓક્સિજનનું સર્જન થવાની પ્રક્રિયા પણ ધીમી પડી અને જ્વાળામુખીઓ પણ ઠંડા પડ્યા. જ્વાળામુખીઓ ઠંડા પડવાથી વાતાવરણમાં હાઈડ્રોજન ઓછો ઉત્સર્જિત થવા માંડ્યો અને વાતાવરણમાં હાઈડ્રોજન ઓછો હોવાથી ઓક્સિજન શોષાવાની પ્રક્રિયા પણ ધીમી પડી ગઈ.

ડોનાલ્ડ કેનફિલ્ડ

આ સમગ્ર પ્રક્રિયા વૈજ્ઞાનિક દૃષ્ટિએ બિલકુલ વાસ્તવિક છે અને પ્રો. કેનફિલ્ડે તેમના આગામી પુસ્તક ‘ઓક્સિજનઃ અ ફોર બિલિયન યર હિસ્ટરી’માં પૃથ્વી પર ઓક્સિજનનું સર્જન કેવી રીતે થયું એ દિશામાં વિષદ છણાવટ કરી છે. પ્રો. કેનફિલ્ડનું કહેવું છે કે, “પૃથ્વી એકવાર ઠંડી પડ્યા પછીની સ્થિતિ ઓક્સિજન ટકી રહેવાની તરફેણમાં હતી.” આમ ઓક્સિજન વાતાવરણમાં ટકી ગયો હોવાથી જ પૃથ્વી પર ‘જીવન’ની સંભાવના વધી ગઈ. પૃથ્વીના વાતાવરણમાં બાકી રહેલો ઓક્સિજન ખડકો અને જમીનના સંપર્કમાં આવ્યો અને તેમાંથી ફોસ્ફરસ, આયર્ન છૂટા પડ્યાં અને ફરી પાછી સમુદ્રમાં રાસાયણિક પ્રક્રિયા થઈ. સૂક્ષ્મ જીવાણુઓના વિકાસ માટે આ સ્થિતિ યોગ્ય હતી અને અંતે ઓક્સિજન પેદા થવાની પ્રક્રિયાનું સતત પુનરાવર્તન થવા માંડ્યુ. ‘પ્રોસિડિંગ્સ ઓફ ધ નેશનલ એકેડેમીઝ ઓફ સાયન્સીસ’ જર્નલમાં પ્રો. કેનફિલ્ડ અને તેના સહ-સંશોધકોએ દાવો કર્યો છે કે, અબજો વર્ષ પહેલાં આવી રીતે ઓક્સિજન પેદા થવાની શરૂઆત થઈ હતી એના કારણે જ પૃથ્વી પર આજે છે એવું જીવન શક્ય બની શક્યું છે.

આ થિયરીને આગળ વધારતા સંશોધકો કહે છે કે, અબજો સૂક્ષ્મ જીવો સમુદ્રની સપાટી નીચે તરી રહ્યા હોવાથી કાર્બનથી ભરપૂર ખડકોનું નિર્માણ થયું. ત્યાર પછી લાખો-કરોડો વર્ષોની સામુદ્રિક ઉથલપાથલો પછી આ ખડકો સૂકી જમીન પર અસ્તિત્વમાં આવ્યા. આ ખડકો ફરી એકવાર ઓક્સિજનના સંપર્કમાં આવ્યા. ટૂંકમાં અબજો વર્ષોથી જીવ અને પૃથ્વીની મદદથી ઓક્સિજનના સર્જનની પ્રક્રિયા અવિરત ચાલી રહી છે. પૃથ્વી પર ઘાસ અને છોડ અસ્તિત્વમાં આવ્યા ત્યારથી લાકડા સહિતના મટિરિયલમાં કાર્બનનો સંગ્રહ થવાની શરૂઆત થઈ અને વનસ્પતિ જ વાતાવરણમાં વધુ ઓક્સિજન ફેંકવા લાગી. કદાચ એટલે જ ત્રણ અબજ વર્ષ પહેલાં પૃથ્વી પર અત્યાર કરતા ઘણો વધારે ઓક્સિજન હતો. બાદમાં જેમ જેમ જંગલ વિસ્તાર ઓછો થતો ગયો અને રણ વિસ્તારમાં વધારો થયો તેમ તેમ ઓક્સિજનનું પ્રમાણ પણ ઘટવા માંડ્યું.

પૃથ્વીનું રસાયણવિજ્ઞાન સમજવામાં પ્રો. કેનફિલ્ડ અને તેમની ટીમે કરેલું સંશોધન ખૂબ જ મહત્ત્વનું છે. ઓક્સિજનના સર્જન અને તેના ઈતિહાસથી સારી રીતે વાકેફ પ્રો. કેનફિલ્ડનું માનવું છે કે, ઓક્સિજનનું ભવિષ્ય અનિશ્ચિત છે. પૃથ્વી પર ઓક્સિજનના સર્જનની પ્રક્રિયા ચાલતી રહેશે કે એક દિવસ તે પણ ધીમી પડશે તે કહી શકાય નહીં. કારણ કે, આ બાબત અનેક ભૌગોલિક બાબતો સાથે જોડાયેલી છે.