Скрытая химия Земли: раскрыт секрет того, как наша планета впервые начала "дышать"

История Земли насчитывает миллиарды лет и в начале своего пути наша планета вовсе не была такой, какой мы знаем ее сегодня. Миллиарды лет назад кислород начал появляться в атмосфере планеты, изменяя ее облик и открывая путь для развития сложной жизни, пишет SciTechDaily.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Однако в этой главе истории Земли произошло нечто любопытное: накопление кислорода задержалось почти на миллиард лет после того, как цианобактерии впервые развили способность его вырабатывать. Ученые до сих пор не знают, что стало причиной.

Результаты нового исследования предлагают новое объяснение, указывая на то, что ключевую роль в этом процессе могли сыграть никель и мочевина — два ранее неизученных соединения, способные ограничивать рост цианобактерий. По мере постепенного сокращения количества этих веществ цианобактерии процветали, выделяя достаточно кислорода, чтобы спровоцировать Великое окислительное событие.

Что сдержало повышение уровня кислорода на Земле?

Повышение уровня кислорода в земной атмосфере — один из ключевых поворотов в истории планеты, в результате которого Земля превратилась в место, способное поддерживать сложную жизнь. Этот значительный сдвиг, называемый Великим окислительным событием (ВОК), произошел примерно 2,1–2,4 миллиарда лет назад.

И все же, несмотря на то, что цианобактерии уже сотни миллионов лет освоили фотосинтез с образованием кислорода, уровень кислорода в земной атмосфере все еще оставался очень низким в течение длительного времени. Годами ученые пытались разгадать тайну этой задержки, выдвигая различные теории. И все же, ответ так и не был найден.

В новом исследовании ученые предлагают новый взгляд на эту загадку. Команда из Института планетарных материалов Университета Окаямы сосредоточилась на двух малоизученных факторах: никеле и мочевине. Эти микроэлементы и соединения, по-видимому, играли важную роль в регуляции роста цианобактерий и, как следствие, скорости производства кислорода.

По словам ведущего автора исследования, доктора Дилана Ратнаяке из Института планетарных материалов Университета Окаямы, в своей работе они с коллегами стремились понять, как крошечный микроб, цианобактерия, смог изменить условия планеты, сделав их пригодными для развития сложной жизни, в том числе и нашей собственной.

Новая модель Великого окислительного события

Чтобы понять, как эти элементы влияли на ранние экосистемы, ученые воссоздали особенности архейской Земли с помощью двухэтапного эксперимента. Во время первого эксперимента команда смешала соединения аммония, цианида и железа, а далее подвергла их воздействию ультрафиолетового излучения, воспроизводя высокие уровни УФ-излучения, достигавшего поверхности Земли до образования озонового слоя. Таким образом ученые стремились изучить возможность естественного образования мочевины — важного азотсодержащего соединения, необходимого для жизни в древних условиях.

Во время второго эксперимента культуры цианобактерий вырастили в условиях чередования света и темноты, варьируя содержание никеля и мочевины в питательной среде. Ученые измеряли рост по оптической плотности и содержанию хлорофилла-а, чтобы определить, как эти вещества влияют на размножение цианобактерий.

Объединив полученные данные, ученые смогли создать модель для понимания того, как кислород накапливался в земной атмосфере. По словам исследователей, в раннем архее высокие концентрации никеля и мочевины сдерживали цветение цианобактерий, препятствуя устойчивому выделению кислорода. Считается, что именно это стало причиной задержки Великого окислительного события.

Напомним, ранее мы писали о том, что жизнь на Земле неизбежно исчезнет: ученые рассчитали конечную продолжительность жизни биосферы.

Ранее Фокус писал о том, что критический момент зарождения жизни на Земле воспроизвели в лаборатории: на что он похож.