Прихована хімія Землі: розкрито секрет того, як наша планета вперше почала "дихати"

Історія Землі налічує мільярди років і на початку свого шляху наша планета зовсім не була такою, якою ми знаємо її сьогодні. Мільярди років тому кисень почав з'являтися в атмосфері планети, змінюючи її вигляд і відкриваючи шлях для розвитку складного життя, пише SciTechDaily.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Однак у цьому розділі історії Землі сталося щось цікаве: накопичення кисню затрималося майже на мільярд років після того, як ціанобактерії вперше розвинули здатність його виробляти. Вчені досі не знають, що стало причиною.

Результати нового дослідження пропонують нове пояснення, вказуючи на те, що ключову роль у цьому процесі могли зіграти нікель і сечовина — дві раніше невивчені сполуки, здатні обмежувати ріст ціанобактерій. У міру поступового скорочення кількості цих речовин ціанобактерії процвітали, виділяючи достатньо кисню, щоб спровокувати Велику окислювальну подію.

Що стримало підвищення рівня кисню на Землі?

Підвищення рівня кисню в земній атмосфері — один із ключових поворотів в історії планети, внаслідок якого Земля перетворилася на місце, здатне підтримувати складне життя. Цей значний зсув, званий Великою окислювальною подією (ВОК), стався приблизно 2,1-2,4 мільярда років тому.

І все ж, попри те, що ціанобактерії вже сотні мільйонів років освоїли фотосинтез з утворенням кисню, рівень кисню в земній атмосфері все ще залишався дуже низьким протягом тривалого часу. Роками вчені намагалися розгадати таємницю цієї затримки, висуваючи різні теорії. І все ж, відповідь так і не було знайдено.

У новому дослідженні вчені пропонують новий погляд на цю загадку. Команда з Інституту планетарних матеріалів Університету Окаями зосередилася на двох маловивчених факторах: нікелі та сечовині. Ці мікроелементи й сполуки, мабуть, відігравали важливу роль у регуляції росту ціанобактерій і, як наслідок, швидкості виробництва кисню.

За словами провідного автора дослідження, доктора Ділана Ратнаяке з Інституту планетарних матеріалів Університету Окаями, у своїй роботі вони з колегами прагнули зрозуміти, як крихітний мікроб, ціанобактерія, зміг змінити умови планети, зробивши їх придатними для розвитку складного життя, зокрема й нашого власного.

Нова модель Великої окислювальної події

Щоб зрозуміти, як ці елементи впливали на ранні екосистеми, вчені відтворили особливості архейської Землі за допомогою двоетапного експерименту. Під час першого експерименту команда змішала сполуки амонію, ціаніду і заліза, а далі піддала їх впливу ультрафіолетового випромінювання, відтворюючи високі рівні УФ-випромінювання, що досягало поверхні Землі до утворення озонового шару. Таким чином вчені прагнули вивчити можливість природного утворення сечовини — важливої азотовмісної сполуки, необхідної для життя в стародавніх умовах.

Під час другого експерименту культури ціанобактерій виростили в умовах чергування світла і темряви, варіюючи вміст нікелю і сечовини в живильному середовищі. Вчені вимірювали ріст за оптичною щільністю і вмістом хлорофілу-а, щоб визначити, як ці речовини впливають на розмноження ціанобактерій.

Об'єднавши отримані дані, вчені змогли створити модель для розуміння того, як кисень накопичувався в земній атмосфері. За словами дослідників, у ранньому археї високі концентрації нікелю та сечовини стримували цвітіння ціанобактерій, перешкоджаючи стійкому виділенню кисню. Вважається, що саме це стало причиною затримки Великої окислювальної події.

Нагадаємо, раніше ми писали про те, що життя на Землі неминуче зникне: вчені розрахували кінцеву тривалість життя біосфери.

Раніше Фокус писав про те, що критичний момент зародження життя на Землі відтворили в лабораторії: на що він схожий.