Великий кислородный взрыв

0

В атмосфере, окружавшей Землю 2,3 млрд. лет назад, совершенно не было кислорода. Впрочем, тогдашних примитивных форм жизни это обстоятельство ничуть не смущало. Одноклеточные бактерии, обитавшие в первобытном океане, не нуждались в кислороде для поддержания своей жизнедеятельности. Вдруг начались радикальные перемены, которые назвали кислородным взрывом.

Благодарность бактериям

Ученые считают, что по мере развития некоторые бактерии сначала научились извлекать из воды водород. Известно, что вода — это соединение водорода и кислорода, поэтому побочным продуктом реакции извлечения водорода было образование кислорода, выделение его в воду, а затем и в атмосферу. Резкий же скачок в содержании кислорода в атмосфере произошёл благодаря цианобактерии – фотосинтезирующему микробу, который выдыхает кислород. Как и когда появились микробы, выдыхающие кислород, до сих пор не определено в связи с тем, что наполнение атмосферы кислородом представляло собой сложное сочетание глобального резкого похолодания, зарождения минеральных пород, а также появления новых видов.

Некоторые организмы с течением времени приспособились жить в атмосфере с новым газом. Они нашли способ обуздывать разрушительную энергию кислорода и использовать ее для распада питательных веществ, в процессе которого выделяется энергия, используемая организмом для поддержания жизни. Такой способ применения кислорода называется дыханием, которым мы пользуемся ежедневно. Дыхание — это способ отвести от себя кислородную угрозу: оно сделало возможным развитие на Земле более крупных организмов — многоклеточных, имеющих уже сложное строение.

Движение материков

За миллионы прошедших лет количество кислорода на планете увеличилось с 0,2 процента до нынешнего 21 процента в атмосфере. Ученые полагают, что в его увеличении в воздухе участвовали не только бактерии океанов. Геологи считают, что другим источником кислорода были сталкивающиеся континенты. По их мнению, при столкновении, а затем при последующем расхождении материков в атмосферу выделялись большие количества кислорода. Каким образом? В результате столкновений и расхождений огромных участков суши на морское дно опускалось громадное количество осадочных пород, увлекавших за собой не меньшее количество органических веществ. Если бы этого не происходило, то кислорода было бы больше потрачено на переваривание и окисление этих органических веществ. Поскольку они стали недоступны окислению, то происходила своеобразная экономия кислорода, и его объем в атмосфере становился больше.

Чтобы понять распространение кислорода на Земле, геолог Доминик Папине изучает диапазон образований железа и осадочных пород, которые формируются на дне древних морей. Исследование Папине сфокусировано на особых минералах, которые содержатся в образованиях железа и которые могут быть связаны с возникновением жизни и смерти древних микробов. Минералы железа, находящиеся глубоко на дне морей, являются самым крупным источником железной руды. Вместе с тем этот источник представляет собой нечто большее, чем просто материал для изготовления стали. Геологи исследуют их, так как именно они имеют богатую историю, связанную с зарождением жизни на Земле. Происхождение этих минералов – большая загадка. Самый последний вывод, к которому пришли большинство учёных, заключается в том, что для формирования этих минералов необходима помощь особых микроэлементов, к сожалению, пока ещё не выявлено, каких именно. Эти простые одноклеточные морские создания не оставили ничего, что могло бы помочь исследователям воссоздать их образ и понять, что они из себя представляли. Возможно, что строителем этих железных минералов была цианобактерия, а кислород из этих бактерий и вызвал окисление железа в морях и океанах еще до великого кислородного взрыва. В таком случае почему, если цианобактерия на самом деле появилась задолго до накопления кислорода на Земле, прошло несколько сотен миллионов лет, прежде чем атмосфера наполнилась кислородом?

Возможно, Папине и его коллеги нашли ответ на вопрос в виде сложного переплетения биологии и геологии. Кислород из цианобактерии мог быть разрушен метаном. При взаимодействии этих двух газов образуется углекислый газ и вода. Также они отметили, что кислород не может накапливаться в богатой метаном среде.

Метан появился из бактерий под названием метаногены, результатом поглощения этими бактериями углекислого газа и водорода и стало появление метана. По этому сценарию развития событий, метаногены и цианобактерии верховенствовали в древних морях и океанах, но количество метаногенов было больше, поэтому, когда они вырабатывали метан, он перекрывал пути кислорода на накапливание, а также нагревал планету в результате парникового эффекта. Но после того как Земля стала «кислородной», количество этих организмов резко сократилось, что позволило атмосфере заполниться этим газом.

Подарок не для всех

Стоит сказать, что не для всех появление кислорода стало подарком природы. Да, часть первых организмов сумела приспособиться и даже извлечь пользу из наличия в атмосфере кислорода. Однако большинство организмов не вынесло изменений условий жизни и вымерло. Некоторые виды живых существ спаслись тем, что спрятались от кислорода в глубокие щели и прочие укромные места. Многие и сегодня счастливо живут в корнях бобовых, улавливают из атмосферы газообразный азот и используют его для синтеза аминокислот (строительных блоков белка) растений.

Подготовила Анна Попенко, по материалам Voprosy-kak-i-pochemu.ru, Infoniac.ru

Поделиться.

Комментарии закрыты