Взлёты и падения раннего атмосферного кислорода
Группа биогеохимиков из Калифорнийского университета в Риверсайде предлагает нетрадиционный взгляд на раннее накопление кислорода в атмосфере — событие, которое, возможно, является важнейшим биологическим событием в истории Земли. Согласно общепринятому мнению, значительное количество кислорода впервые накопилось в атмосфере Земли около 2,3 миллиарда лет назад во время так называемого Великого окисления (GOE). Однако формируется новая картина: производство кислорода фотосинтезирующими цианобактериями могло начаться уже 3 миллиарда лет назад, при этом концентрации кислорода в атмосфере, вероятно, эпизодически росли и падали на протяжении сотен миллионов лет, отражая баланс между его изменчивой фотосинтетической продукцией и потреблением в реакциях с восстановленными соединениями, такими как газообразный водород.
«Существует всё больше данных, указывающих на производство и накопление кислорода в океане и атмосфере задолго до GOE», — заявил Тимоти У. Лайонс, профессор биогеохимии и ведущий автор масштабного обзора, обобщающего более чем десятилетние исследования. По словам учёных, после того как кислород окончательно закрепился в атмосфере около 2,3 млрд лет назад, его концентрация, вероятно, достигла высоких значений, возможно, даже сравнимых с современными. Затем, по не до конца понятным причинам, уровень кислорода резко упал до ничтожной доли от сегодняшнего, и океан оставался в основном бескислородным более миллиарда лет.
«Этот продолжительный период низкого содержания кислорода, длившийся примерно с 2 до менее 1 миллиарда лет назад, был временем удивительной химической стабильности в океане и атмосфере», — отметил Лайонс. Исследователи предполагают, что серия взаимодействующих процессов, или обратных связей, поддерживала кислород на очень низком уровне, главным образом за счёт регулирования доступности жизненно важных питательных веществ в океане и, следовательно, фотосинтетической активности. Это, вероятно, объясняет низкое обилие и разнообразие эукариотических организмов и отсутствие животных в тот период.
В отличие от этого, поздний протерозой (менее миллиарда лет назад) был отмечен экстремальными климатическими событиями, включая глобальные оледенения, интервалы с содержанием кислорода, близким к современному, а также появлением и диверсификацией первых животных. Хотя факторы, контролирующие этот подъём, всё ещё изучаются, кислород, вероятно, сыграл в нём ключевую роль. «Обратные связи всегда правят бал. Изменение окружающей среды движет эволюцией, а шаги в прогрессии жизни меняют окружающую среду», — заключил Лайонс.