МОСКВА, 2 фев – Москва.Ру. Развитие жизни на Земле тормозилось на протяжении почти двух миллиардов лет после появления первых фотосинтезирующих микробов тем, что производимый ими кислород расходовался на разложение органики, накопленной на дне морей в прошлые эпохи, заявляют геологи в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
«В то время Земля находилась в своеобразной безвыходной ситуации – более сложная жизнь не могла возникнуть, так как кислорода в атмосфере для этого не хватало. Вдобавок, кислорода не хватало и для развития сложных растений, без которых уровень кислорода в воздухе не мог превысить отметку в 10%. Только когда они появились, жизнь на планете смогла сделать шаг вперед», — рассказывает Тим Лентон (Tim Lenton) из университета Эксетера (Великобритания).
Замкнутая цепь жизни и смерти
В первые эпохи существования жизни на Земле кислород в ее атмосфере почти полностью отсутствовал – его концентрация не превышала 0,0001% — и он фактически был ядом для первых микробов, использовавших другие химические соединения для получения энергии.
Эта первая земная жизнь просуществовала до события, которое геологи называют «великой кислородной катастрофой». Примерно 2,4-2,32 миллиарда лет назад концентрация кислорода в атмосфере резко выросла, повысившись с 0,0001% до современных 21%. Причиной ее возникновения сегодня считаются первые фотосинтезирующие организмы, цианобактерии, очистившие атмосферу от СО2 и заполнившие ее кислородом.
После этого, как рассказывает Лентон, в истории эволюции жизни зияет гигантский провал длиной почти в два миллиарда лет – эволюция жизни, насколько можно судить по крайне скудной геологической «летописи», фактически остановилась до наступления так называемого «кембрийского взрыва» 550 миллионов лет назад, когда возникли все современные группы многоклеточных животных.
Лентон и его коллеги попытались выяснить, с чем была связана такая задержка в развитии жизни на Земле, изучая все известные нам факторы, которые отличали кембрийскую эпоху от предыдущих геологических эр.
Как отмечают ученые, в докембрийскую эпоху, если не считать 200 миллионов лет «кислородной катастрофы», уровень кислорода в воде и в атмосфере был крайне низким, на что указывает присутствие пород, обычно разлагающихся на воздухе, в отложениях, сформировавшихся 550-2 миллиарда лет назад на дне первичного океана планеты. При этом фотосинтезирующие микробы, породившие «катастрофу», никуда не исчезли, что ставит перед учеными вопрос – куда пропадал кислород?
Ответ на этот вопрос британские геологи нашли, создав компьютерную модель экосистем Земли в ту эпоху. Как показывают их вычисления, в этой кислородной «стагнации» была виновата сама жизнь – вернее, ее предыдущие поколения, чьи останки скопились на дне морей Земли в огромных количествах за то время, пока на Земле не было фотосинтезирующих микробов.
Конец вечности
Примерно 2,1 миллиарда лет назад, по словам ученых, часть этих останков была обнажена в результате движения континентов и тектонических процессов в недрах Земли, в результате чего кислород, накопленный в атмосфере за время «катастрофы», был фактически мгновенно израсходован на разложение этих останков. В дальнейшем, весь кислород, который производили достаточно неэффективные морские цианобактерии, полностью уходил на окисление этих останков, которые продолжали подниматься из недр Земли.
Как показывают расчеты ученых, количество кислорода, который производили бактерии, почти не играло никакой роли – скорость его производства была гораздо меньше, чем скорость выхода новых осадочных пород на сушу или поверхность моря. По оценкам Лентона и его коллег, доля кислорода в ту эпоху не могла быть выше 10% и ниже 1%. И того, и другого было явно недостаточно для зарождения многоклеточных живых существ.
Только когда безжизненная часть Земли – ее суша – была колонизирована первыми «сухопутными» микробами и примитивными растениями, что произошло около 600-500 миллионов лет назад, этот баланс был нарушен. В это время «приток» кислорода начал превышать его «убыль», что спровоцировало кембрийский взрыв и возобновление эволюции флоры и фауны.
В пользу того, что так все происходило, есть и вещественные доказательства. По словам ученых, на наличие такого баланса между отложениями органики и кислородом указывают странности в долях углерода-13 в породах прекембрийского периода. Они указывают на то, что скорость формирования таких отложений была постоянной на протяжении сотен миллионов лет, что крайне странно с палеонтологической и геологической точки зрения. Присутствие кислорода, окисляющего «излишки» таких пород, хорошо объясняло бы эту странность, заключают авторы статьи.
Существуют и другие объяснения того, почему жизнь развивалась так медленно в ту эпоху. К примеру, недавно другая группа ученых выдвинула предположение, что причиной этого было не окисление пород, а то, что жизнь почти вымерла после завершения «кислородной катастрофы», успев приспособиться к кислороду и потеряв умение жить в бескислородной среде. Поэтому можно ожидать, что споры о загадке рождения жизни на Земле будут идти еще долгое время.
