Строительные блоки жизни пришли из глубин Земли
Появление первых сложных форм жизни зависело от жизненно важных металлов, вынесенных на поверхность Земли из её недр в составе обширных гранитных массивов, утверждается в новом исследовании.
Такие металлы, как медь, цинк и молибден, являются необходимыми компонентами для определённых ферментов и белков. Они нужны для эволюции организмов со сложной внутренней структурой — эукариот. Без этих металлов история жизни могла бы сложиться иначе; многоклеточным растениям и животным потребовались бы на сотни миллионов лет больше, чтобы развиться, если бы они вообще появились.
Авторы нового исследования обратили внимание, что эукариоты начали появляться вскоре после периода необычной геологической активности и задались вопросом, могла ли она обеспечить необходимые "стройматериалы".
"Биологи уже давно говорят, что эти три металла необходимы для развития сложной жизни, — говорит профессор Джон Парнелл, геолог из Абердинского университета и ведущий автор статьи, опубликованной в Geology. — А геологи знают, что примерно в то же время был период необычной геологической активности, который вынес на поверхность огромное количество этих металлов. Но, думаю, мы первые, кто связал эти два факта и предположил, что геологические изменения фактически позволили осуществиться биологическому прогрессу".
В частности, эукариотическая жизнь необходима для возникновения половых различий. Пока у живых существ не появились самцы и самки, быстрое эволюционное развитие невозможно; половое размножение позволяет смешивать гены обоих родителей, благодаря чему в популяции возникает большее разнообразие для работы естественного отбора. До его появления вариации в популяциях могли возникать лишь из-за редких случайных мутаций, поэтому эволюция шла гораздо медленнее.
Взрыв новой жизни произошёл в период, известный как мезопротерозой, около 1,6 миллиарда лет назад. Ему предшествовало образование нового суперконтинента Нуна (или Колумбия) около 1,9 миллиарда лет назад, что вызвало серьёзные изменения в активности мантии Земли под ним.
Из-за более толстой коры под суперконтинентом тепловой поток у её основания был аномально высоким, что привело к подъёму магматических плюмов, вынесших наверх металлы, ранее запертые глубже в недрах Земли. После извержения через вулканическую активность этот материал остыл, образовав обширные новые поля гранита с рассредоточенными в них месторождениями сульфидов металлов. По мере их медленного выветривания они превращались в сульфаты и смывались в реки, озёра и мелкие прибрежные воды, становясь доступными для использования живыми организмами. С появлением этих питательных веществ была подготовлена почва для возникновения эукариот.
"Металлы действительно выносятся на поверхность в ходе обычных вулканических процессов, но мы полагаем, что этот эпизод высокого теплового потока значительно ускорил процесс. Так что возможно, эукариоты всё равно развились бы, если бы этого не произошло, но это могло бы занять гораздо больше времени", — отмечает Парнелл.
До недавнего времени учёные полагали, что эти металлы поступили в результате изменений химического состава океанов. Данное открытие является частью более широкого сдвига в сторону теорий, согласно которым сложная жизнь зародилась на суше или в мелководных морях, а не в глубоком океане, как считалось ранее.
"Полагаю, это усиливает акцент на наземном происхождении эукариот, в противоположность глубоководному морскому, — комментирует Парнелл. — Теперь задача палеобиологов — выйти и посмотреть, какие следы ранней жизни они смогут найти в наземных отложениях".