Биологи выяснили, что спасло древних производителей кислорода от смертоносного ультрафиолета
Учёные выяснили состав "солнцезащитного крема", который позволил цианобактериям выжить в условиях древней Земли и насытить атмосферу кислородом. От ультрафиолетового излучения их защищали частицы железа и кремнезёма, взвешенные в морской воде. Такой вывод изложен в научной статье, опубликованной в журнале Nature Communications группой во главе с Куртом Конхаузером (Kurt Konhauser) из Университета Альберты в Канаде.
Как известно, атмосфера древнейшей Земли почти не содержала свободного кислорода. Этот газ создали цианобактерии в процессе фотосинтеза. Однако здесь исследователи сталкиваются с проблемой. Современные организмы защищены от опасного ультрафиолетового излучения озоновым слоем. Но ведь озон – трёхатомная форма кислорода. Когда не было второго, не могло быть и первого.
Без защиты от ультрафиолета цианобактерии не могли размножиться до такой степени, чтобы насытить кислородом атмосферу целой планеты. Но без этого кислорода не мог возникнуть защитный озоновый слой. Получается замкнутый круг. И выход из него только один: предположить, что производители кислорода имели какой-то другой щит, спасающий их от излучения.
Его природу и стремились выяснить авторы. Опираясь на геохимические, спектроскопические и микробиологические данные, они смоделировали условия в морях архейского эона. Это привело учёных к предположению, что спасением оказалась взвесь из железа и оксида кремния в морской воде.
"По сути, частицы железа и кремнезёма действовали как древний солнцезащитный крем для цианобактерий, защищая их от летальных эффектов прямого воздействия ультрафиолетового излучения", – поясняет Конхаузер.
Придя к такой гипотезе, авторы проверили её экспериментально. В лаборатории были воссозданы физические и химические условия в архейском море, как их представляет себе современная наука. Полученная среда облучалась ультрафиолетовыми лампами с интенсивностью, соответствующей солнечному излучению в отсутствие озонового слоя. Оказалось, что частицы оксида кремния и трёхвалентного железа действительно поглощали до 70% ультрафиолета. При этом интенсивность видимого света, необходимого для фотосинтеза, уменьшалась менее чем на 20%.
Современные цианобактерии, которые считаются мало изменившимися с архейских времён, выживали в этих условиях. Правда, они демонстрировали повышенную смертность. Но и это может быть плюсом модели, а не минусом.
Палеонтологов давно интересовал вопрос, почему цианобактериям понадобилось так много времени, чтобы создать кислородную атмосферу. Действительно, древнейший кислородный оазис имеет возраст почти три миллиарда лет. Но первые свидетельства того, что концентрация живительного газа в атмосфере достигла 1%, появляются лишь миллиард лет спустя. Для сравнения: первых макроскопических животных от человека отделяет лишь 850 миллионов лет, а с момента окончательного вымирания динозавров прошло 66 миллионов лет. Неидеальность "солнцезащитного крема" может быть ответом на вопрос о странной медлительности древних микробов.
"Вероятно, ранние цианобактерии не были такими же продуктивными как сегодня из-за воздействия ультрафиолетового стресса", – предполагает соавтор статьи Александра Млошевская (Aleksandra Mloszewska) из Университета Торонто.
Авторы надеются, что разработанный сценарий окажется применим и к далёким мирам.
"Эти результаты также могут помочь нам понять потенциал возникновения жизни на других планетах, которые подвергаются воздействию повышенного уровня ультрафиолетового излучения, например, скалистые планеты размером с Землю в зонах обитаемости ближайших карликов класса M, таких как TRAPPIST-1, Проксима Центавра, LHS 1140 и Ross 128", – оптимистично заявляет Млошевская.
Впрочем, согласно другому исследованию, о котором недавно писали "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru), в зонах обитаемости таких звёзд, напротив, слишком мало ультрафиолета, чтобы на них зародилась жизнь.
Напомним также, что мы рассказывали о других "подводных камнях", благополучно пройденных жизнью на пути её развития. Например, мы говорили о том, почему всё живое не было отравлено галогенами, превратили ли удары астероидов Землю в огнедышащий ад и как радиация помогла возникновению ДНК.