Ученые предложили новый механизм, по которому кислород мог впервые накопиться в атмосфере

В течение первых 2 миллиардов лет истории Земли в воздухе почти не было кислорода. Хотя некоторые микробы уже фотосинтезировали к концу этого периода, кислород еще не накапливался в количествах, способных повлиять на глобальную биосферу. Однако около 2,3 миллиарда лет назад этот стабильный низкокислородный баланс нарушился, и кислород начал накапливаться в атмосфере, достигнув в итоге поддерживающих жизнь уровней. Этот быстрый прирост известен как Великое кислородное событие (GOE). Что его запустило — одна из величайших научных загадок.

Новая гипотеза, предложенная учеными из Массачусетского технологического института (MIT), предполагает, что кислород начал накапливаться благодаря взаимодействию определенных морских микробов с минералами в океанических осадках. Эти взаимодействия помогли предотвратить потребление кислорода, запустив самоусиливающийся процесс, в ходе которого все больше кислорода становилось доступным для накопления в атмосфере. Ученые изложили свою гипотезу, используя математическое и эволюционное моделирование, показав, что микробы, способные к таким взаимодействиям, действительно существовали до GOE.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, впервые связывает коэволюцию микробов и минералов с оксигенацией Земли. «Вероятно, самым важным биогеохимическим изменением в истории планеты было насыщение атмосферы кислородом», — говорит соавтор работы Даниэль Ротман. — Мы показываем, как взаимодействия микробов, минералов и геохимической среды действовали согласованно, увеличивая содержание кислорода в атмосфере».

Исследователи предположили, что если микробы обладали способностью лишь частично окислять органическое вещество, то это частично окисленное вещество (POOM) становилось «липким» и химически связывалось с минералами в осадке, защищаясь от дальнейшего окисления. Кислород, который иначе был бы израсходован на полное разложение материала, оставался свободным и накапливался в атмосфере. Этот процесс мог служить положительной обратной связью.

Чтобы проверить идею, команда определила группу бактерий SAR202, которые частично окисляют органику в глубоком океане сегодня с помощью фермента Baeyer-Villiger monooxygenase (BVMO). Филогенетический анализ показал, что предки этих бактерий и ген фермента существовали до GOE. Более того, диверсификация гена значительно увеличивалась в периоды скачков оксигенации атмосферы — во время GOE в палеопротерозое и в неопротерозое.

«Мы обнаружили временные корреляции между диверсификацией генов, производящих POOM, и уровнями кислорода в атмосфере. Это подтверждает нашу общую теорию», — говорит ведущий автор Хаитао Шан. Для окончательного подтверждения гипотезы потребуются дополнительные исследования. «Мы определили это как теорию, заслуживающую изучения», — заключает соавтор Грегори Фурнье.