Одного разу кисень знищив майже все живе на Землі: як і коли це сталося
Під час події, відомої, як Киснева катастрофа, Земля замерзла і майже всі живі організми на планеті вимерли.
Хоча життя з'явилося на ранній стадії історії Землі, тільки приблизно 2,7 млрд років тому ціанобактерії, ранній фотосинтезуючий організм, почали рясно виробляти кисень. Кисень поступово почав накопичуватися в атмосфері протягом сотень мільйонів років, аж поки раптово не спричинив перетворення Землі на величезну снігову грудку. Протягом приблизно 300 млн років Земля залишалася замороженою, але ті деякі живі організми, які збереглися, продовжували боротьбу за виживання, пише Big Think.
У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!
Планета Земля утворилася понад 4,5 млрд років тому, а життя на ній уперше виникло всього лише кілька сотень мільйонів років потому. Але жодна подія не наблизила кінець життя на Землі ближче, ніж Киснева катастрофа. Повільна зміна атмосфери Землі за рахунок поступового додавання кисню виявилася фатальною для найпоширеніших типів організмів, що існували в той час на планеті. Протягом кількох сотень мільйонів років на Землі тривав льодовиковий період, коли планета перетворилася на величезний сніговий ком. Ця катастрофа практично повністю поклала кінець життю на Землі.
Перше життя на Землі
За практично повної відсутності конкурентів і хижаків і за практично необмежених ресурсів жива популяція організмів спочатку зростатиме в геометричній прогресії. З кожним наступним поколінням організмів рівні споживання ресурсів зростають, продукти метаболізму продовжують збільшуватися в кількості та концентрації, а загальна популяція організмів продовжує рости і рости. Допоки ресурси доступні і навколишнє середовище залишається нетоксичним для популяції організмів, цей процес триватиме.
Але завжди є межа, оскільки в будь-якому середовищі завжди існує кінцева кількість ресурсів. У якийсь момент метаболічні процеси, які ці організми використовують для управління своїми життєвими функціями, вироблятимуть достатню кількість відходів, які досягають критичного рівня. Зрештою створюється середовище, токсичне для популяції організму.
На найбільш ранніх етапах розвитку Землі виникла проста форма життя: одноклітинні організми. Є явні докази існування одноклітинних бактерій протягом першого мільярда років історії Землі.
Однією з відмінних рис біологічної еволюції є те, що життя буде мутувати і розвиватися, щоб заповнити кожну доступну екологічну нішу. З цих найбільш ранніх форм життя виникли археї, здатні вижити в глибокому морі навколо гідротермальних джерел. Через сотні мільйонів років після виникнення найперших організмів, з'явилися перші організми, що повністю фотосинтезують.
З'явився клас організмів, які використовують воду для фотосинтезу — ціанобактерії. На відміну від інших організмів, ціанобактерії виробляють молекулярний кисень як побічний продукт. Ціанобактерії стали особливо численними приблизно через 2 млрд років після утворення Землі.
Занадто багато кисню
Десь між 2,5 і 3,0 млрд років тому в атмосфері Землі накопичилося забагато вільного кисню. Повільно, але вірно вміст кисню почав зростати, і організми зі, здавалося б, необмеженим ресурсом, тобто сонячним світлом, почали процвітати й розмножуватися, і додавати відходи в навколишнє середовище, зокрема йдеться про кисень.
Але викиди кисню призвели до катастрофи. Ціанобактерії, які досягли величезного успіху завдяки необмеженому джерелу поживних речовин, перетворилися на руйнівників. Щойно вони почали виробляти кисень, присутність цієї молекули систематично видаляла метан з атмосфери Землі. Втрата метану, молекули, яка утримує тепло, значно зменшила парниковий ефект, внаслідок чого глобальні температури почали знижуватися.
Водночас кисень, що виробляється ціанобактеріями, знищив більшість інших форм життя, що не використовують кисень, оскільки кисень був для них токсичним. Єдина причина, через яку Земля в той час була планетою з помірним кліматом, покритою рідкою водою, полягала в ранньому парниковому ефекті.
Масштабний льодовиковий період
Вироблення енергії Сонцем було набагато нижчим і тому велика кількість атмосферного метану була єдиним, що підтримувало на Землі тепло, достатнє для того, щоб на її поверхні могла бути рідка вода. Оскільки кисень руйнував парниковий газ, планета не могла зберігати тепло. Це породило льодовиковий період, який тривав приблизно 300 млн років.
Яким би катастрофічним це не було для більшості організмів, що жили в той час на Землі, ланцюжок життя в той момент не обірвався. Попри отруєння навколишнього середовища, ціанобактерії продовжували процвітати принаймні в деяких середовищах на Землі. Тим часом популяції інших небагатьох організмів, що вижили, еволюціонували в різних напрямках. Це призвело до появи більш складних організмів, які мали шанси вижити.
Після закінчення льодовикового періоду на Землі з'явилися перші клітини-еукаріоти. Вони пізніше дали початок усім нині живим рослинам, грибам і тваринам. Деякі вчені вважають, що людство ніколи б не виникло, якби кисень не зруйнував багату на метан атмосферу і не дав життю можливість розвиватися в новому напрямку. Передбачається, що 2,5 млрд років тому на Землі відбулося наймасштабніше масове вимирання за всю її історію.
Фокус уже писав про те, скільки насправді важить наша Земля.