Коли Земля вперше почала дихати
До того як рослини відкрили міць фотосинтезу, одноклітинні організми виживали на хімічних речовинах, а не на сонячному світлі, споживаючи, серед інших придатних з’єднань, водень, метан і сірку. Ці анаероби, здатні жити без кисню, були отруєні, коли синьо-зелені водорості під назвою «ціанобактерії» розробили фотосинтез і почали виробляти кисень.
Високоактивний газ з’єднується з металами і білками в анаеробних клітинах, знищуючи їх. Але ціанобактерії вижили, перетворюючи сонячне світло в цукор і виділяючи кисень як відходи. Рівень кисню в скелях різко зріс 2,5 мільярда років тому, і цей стрибок отримав назву «Велика киснева катастрофа».
Протягом довгого часу ця подія вважалася доказом того, що ціанобактерії розвинули фотосинтез. Але недавнє дослідження підтвердило теорію про те, що найперші організми – любителі сонця з’явилися набагато раніше кисневої катастрофи.
Сьогодні багато вчених думають, що перші фотосинтезувальні організми жили на Землі 3 мільярди років тому. І подібно мистецтвознавцям, які знаходять приховане зображення під роботою стародавнього майстра, ці вчені розкривають нову концепцію про перші зітхання нашої планети.
Важкі метали
У новій роботі геохімік з Єльського університету Ноа Планавскі зі своїми колегами проаналізував рівень вмісту молібдену і заліза в південноафриканських скелях віком 2,95 мільярда років, які витягли з прибережного мілководдя.
Ознаками фотосинтезу служать метали. Ізотопи молібдену, тобто елементи з однаковою кількістю протонів і різною кількістю нейтронів, відстежують окислення марганцю, а цей процес вимагає високого вмісту кисню. Хімічні сліди в скелях свідчать про те, що ціанобактерії виробляли кисень у поверхневих водах океану, зазначає Планавскі.
«Наше дослідження вказує на те, що в океанах відбувався локалізований розвиток ціанобактерій», – підкреслює вчений.
У ході інших експериментів, що проводилися з каменями з Південної Африки, вчені, намагаючись оцінити рівень вмісту кисню в атмосфері 3000000000 років тому, шукали ізотопи хрому. Результати вказують на те, що кисню було приблизно в 100 тисяч разів більше, ніж ті обсяги, які можна пояснити небіологічними хімічними реакціями.
«Ці дві роботи відмінно доповнюють одна одну, – упевнений Планавскі. – Ми представляємо незалежні докази присутності ціанобактерій. Ми вивчаємо процеси в океанах, а та група вчених розглядає континентальні явища».
Однак геобіолог Вудвард Фішер застерігає, що технологія пошуку ізотопів металів вимагає додаткової перевірки. Обидва аналітичні методи існують вже понад десять років, і їх використовують для вивчення вкрай старих каменів. «Якість даних, отриманих з їх допомогою, залишається дещо сумнівним, – упевнений Фішер. – Відверто кажучи, сьогодні ми не розуміємо повною мірою цикл молібдену і хрому».
Що з’явилося раніше?
З появою більш тонкої техніки для занурення в стародавні часи зародилися і нові суперечки: що забезпечило нашій планеті перший вдих – мікроби або екологічні зміни? Всі нові докази свідчать про те, що рівень кисню різко зріс протягом 500 мільйонів років між тим моментом, коли перші ціанобактерії розвинули фотосинтез, і Великою кисневою катастрофою. Для життя це дуже тривалий термін, адже практично стільки часу пройшло між появою перших земних трилобітів і людини.
Деякі дослідники вважають, що сама Земля зіграла роль у швидкому підвищенні рівня кисню, а точніше збільшення в розмірах континентів. З’явилися такі фактори, як ерозія кори та вулкани, адже великі континенти означають більше місця для вивержень, в ході яких в атмосферу потрапляє більше газу, ніж у результаті підводних вибухів. Ці геологічні зрушення могли спровокувати стрибок вмісту кисню поряд з ціанобактеріями.
«У цій сфері дійсно викликає інтерес відносна роль біологічної та геологічної еволюції в найбільших поворотних моментах історії Землі, – підкреслює Планавскі. – Саме це і рухає нашими дослідженнями»
