Кислородная жизнь выросла на никелевых костях

В протерозойскую эру, 2,4 миллиарда лет назад произошло событие, перевернувшее всю дальнейшую историю Земли – случилась кислородная революция. В это время атмосфера постепенно стала насыщаться кислородом. Правда, как именно шел процесс, вопрос спорный. Похоже, что группе ученых под руководством доктора Курта Конхаузера из университета провинции Альберта (University of Alberta, Эдмонтон, Канада) удалось на него ответить.

Корреспондент Infox.ru связался с доктором Куртом Конхаузером и выяснил подробности исследования.

Никелевое сердце революции

Ученым известно, что ранняя атмосфера Земли вообще не содержала кислорода. После того как улетучился сверхлегкий водород, в ней остались метан, аммиак, угарный и углекислый газы, азот, сероводород и вода. Примерно 3,5 миллиарда лет назад появились цианобактерии, которые начали выделять в процессе фотосинтеза молекулярный кислород. Но в атмосфере этот газ не накапливался, а быстро вступал в реакции окисления, благо, неокисленных веществ тогда хватало.

Тем не менее, 2,4 миллиарда лет назад концентрация кислорода в атмосфере резко повысилась. Доктор Конхаузер рассказал Infox.ru, что механизм повышения он разглядел в окаймленных железистых формациях (BIF). Самые древние из них датируются 3,8 миллиарда лет. Они начали формироваться в древних океанах еще в тот период, когда атмосфера Земли содержала очень мало кислорода. Как говорят ученые, окаймленные железистые формации состоят из силикатов, железа, никеля и других микроэлементов. Причем, подсчитав концентрации никеля, авторы работы пришли к выводу -- 2,4 миллиарда лет назад содержание никеля в океанах в 400 раз превышало современные значения. Как говорит доктор Конхаузер, никель и сыграл решающую роль в кислородной революции.

Революцию устроили бактерии

Дело в том, что никель -- необходимый элемент для жизнедеятельности морских бактерий-метаногенов. Он входит в состав энзимов, необходимых для их жизнедеятельности. Если никеля много, то метаногены быстро размножаются и процветают. Но при этом они выделяют метан, который в разгоряченной атмосфере того времени моментально взаимодействовал с кислородом. Соответственно, образовывались вода и либо углерод, либо угарный газ. Можно также предположить, что иногда получался и углекислый газ, хотя при явном недостатке кислорода в атмосфере это маловероятно. Впрочем, главное в том, что благодаря таким реакциям кислород просто не успевал накапливаться в атмосфере. Но произошло событие, которое уменьшило накопление никеля в океане.

Цепочку разрушила остывающая литосфера Земли. Изначально лава, выливавшаяся из мантии на поверхность во время извержений, содержала очень много никеля. Реки выносили его соединения в океан, где он постепенно накапливался. Но по мере того как мантия остывала, изменялся химический состав лавы. Вулканы перестали извергать никель в таком большом количестве, что и привело к падению уровня никеля в океане. Так что бактерии-метаногены оказались в очень стесненном положении. Из-за недостатка никеля они начали вымирать. А атмосфера и дальнейшая эволюция Земли от этого только выиграла. Метаногены уступили место водорослям и другим фотосинтезирующим организмам. Ничто не мешало постепенному накоплению кислорода, который поступал в атмосферу в результате фотосинтеза. Концентрация метана снижалась. Так и сложилась весьма благоприятная ситуация для развития основанной на кислороде жизни, считает доктор Конхаузер.

Взрыв жизни

Как пояснил доктор Конхаузер, «….значение кислородной революции переоценить невозможно. Она ведь послужила пусковым механизмом к развитию эволюции на нашей планете. Благодаря этому событию появились аэробные организмы. Сформировался озоновый экран, защитивший Землю от ультрафиолетовой радиации. Именно озоновый экран позволил организмам выйти из моря на сушу».

Стоит добавить, что и для атмосферы последствия кислородной революции оказались весьма значительными. Из-за снижения концентрации парниковых газов уменьшился парниковый эффект, наступила эпоха оледенения. Что, кстати, сильно затормозило эволюцию возникших живых организмов, которая вспыхнула с новой силой много позже -- в кембрийскую эпоху.

Результаты исследований можно прочитать в апрельском номере журнала Nature.