1762075976
2025-11-02 08:52:00
Прибытие кислорода в атмосферу Земли ознаменовало решающий момент в истории планеты, превратив ее в мир, способный поддерживать сложную жизнь. Этот крупный сдвиг, известный как Великое событие окисления (GOE), произошел примерно 2,1–2,4 миллиарда лет назад. Однако кислородный фотосинтез, производимый цианобактериями, вероятно, развился за сотни миллионов лет до этого события. Несмотря на эту раннюю способность генерировать кислород, его уровень в атмосфере оставался низким в течение удивительно долгого времени. Ученые уже давно обсуждают причину этой задержки, рассматривая такие объяснения, как вулканические выбросы, химические поглотители и биологические взаимодействия. Однако ни один фактор не смог полностью объяснить, почему кислороду потребовалось так много времени для накопления в воздухе Земли.
Чтобы ответить на этот непреходящий вопрос, исследователи сосредоточились на часто упускаемом из виду элементе химии ранней Земли: роли микроэлементов, таких как никель и мочевина, в росте цианобактерий.
Ведущий исследователь доктор Дилан М. Ратнаяке из Института планетарных материалов Университета Окаямы, Япония (нынешний адрес – факультет геологии Университета Перадении, Шри-Ланка), объяснил: «Получение кислорода было бы огромной проблемой, если бы мы когда-либо колонизировали другую планету. Поэтому мы стремились понять, как крошечный микроб, цианобактерии, способен изменить условия Земли, чтобы сделать их пригодными для эволюции сложной жизни, включая нашу собственную. Результаты этого исследования также обеспечат новую основу для стратегий анализа проб для будущих миссий по возврату проб на Марс».
Профессора Рёдзи Танака и Эйзо Накамура из того же института также участвовали в работе над работой, которая была опубликована в журнале в Связь Земля и окружающая среда.
Воссоздание ранней Земли в лаборатории
Команда провела экспериментальное исследование, состоящее из двух частей, призванное имитировать условия архейской Земли (примерно 4–2,5 миллиарда лет назад). В первом эксперименте смеси соединений аммония, цианида и железа подвергались воздействию ультрафиолетового (УФ)-С света, повторяя интенсивное излучение, которое, вероятно, достигло поверхности Земли до образования озонового слоя. Эти тесты исследовали, могла ли мочевина – важное соединение азота для жизни – образоваться естественным путем в таких условиях.
На втором этапе культуры цианобактерий (Synechococcus sp. PCC 7002) выращивали при чередовании светового и темного периодов при варьировании количества никеля и мочевины в окружающей среде. Исследователи отслеживали рост по оптической плотности и уровню хлорофилла-а, чтобы измерить, как эти химические факторы влияют на продуктивность цианобактерий.
На основе результатов команда предложила новую модель, объясняющую, как кислород постепенно накапливается в атмосфере. В раннем архее обилие никеля и мочевины могло ограничивать цветение цианобактерий, предотвращая устойчивое выделение кислорода. Как отметил д-р Ратнаяке, «никель имеет сложную, но интересную связь с мочевиной в отношении ее образования, а также ее биологического потребления, в то время как их доступность в более низких концентрациях может привести к распространению цианобактерий». Когда эти уровни в конечном итоге снизились, цианобактерии смогли развиваться более устойчиво, что привело к увеличению содержания кислорода, что привело к GOE.
Уроки для Земли и за ее пределами
Значение этих результатов выходит далеко за рамки понимания древней истории. «Если мы сможем четко понять механизмы увеличения содержания кислорода в атмосфере, это прольет свет на обнаружение биосигнатур на других планетах», — сказал доктор Ратнаяке. Он продолжил: «Результаты показывают, что взаимодействие неорганических и органических соединений сыграло решающую роль в изменениях окружающей среды Земли, углубляя наше понимание эволюции земного кислорода и, следовательно, жизни на ней».
Эти открытия также могут помочь в будущих исследованиях планет, поскольку такие элементы, как никель и мочевина, могут повлиять на развитие кислорода и жизни в других мирах.
Продемонстрировав, как мочевина могла образовываться естественным путем в архейских условиях, и показав, что она действует одновременно как питательное вещество и как ингибитор, исследователи показали, как тонкие химические балансы сформировали раннюю биосферу Земли. Их результаты показывают, что по мере снижения уровня никеля и стабилизации мочевины цианобактерии процветали, выделяя кислород в больших количествах. Этот постепенный сдвиг в конечном итоге превратил Землю из безжизненной планеты в планету, способную поддерживать сложные экосистемы, что стало важным шагом на долгом пути планеты к обитаемости.
#Ученые #выяснили #что #задержало #кислородный #бум #на #Земле #на #миллиард #лет
Читайте также
