Учиться жить с кислородом на ранней Земле

Учёные из Института Карнеги и Университета штата Пенсильвания обнаружили свидетельства того, что микробы адаптировались к жизни в присутствии кислорода 2,72 миллиарда лет назад — как минимум на 300 миллионов лет раньше, чем начался рост содержания кислорода в атмосфере. Это открытие является первым конкретным подтверждением давней гипотезы о том, что к тому времени кислород уже производился и потреблялся, а переход к кислородной атмосфере был долгосрочным процессом.

Результаты опубликованы в раннем онлайн-издании Proceedings of the National Academy of Science (PNAS) и появятся в печати на неделе 16 октября. Общепринято считать, что до 2,4 миллиарда лет назад атмосфера Земли была практически лишена кислорода. Вопрос о том, когда именно и как развился производящий кислород фотосинтез и начал насыщать атмосферу газом, от которого зависит большая часть жизни, долгое время горячо обсуждался.

«Наши данные указывают на вероятность того, что около 2,7 миллиарда лет назад Земля была усеяна небольшими «оазисами» мелководных, производящих кислород фотосинтезирующих микробов», — заявила ведущий автор Дженнифер Айгенброде. Со временем эти оазисы должны были расширяться, в конечном итоге обогащая атмосферу кислородом.

Исследователи обнаружили изменения в изотопах жизненно важного элемента углерода в 150-миллионолетнем разрезе горных пород, включавшем мелководные и глубоководные отложения позднего архея из провинции Хамерсли в Западной Австралии. Изотопы — это разные формы атомов одного элемента. Относительные пропорции стабильных изотопов углерода 12C и 13C в органическом веществе зависят от химических реакций, происходящих при метаболизме.

«Фотосинтезирующие микробы эволюционировали на мелководье, где было много света. Они использовали свет и CO₂ для производства пищи, как это делают современные цианобактерии», — объяснила Айгенброде. Изменения в этих химических «отпечатках» в горных породах позднего архея указывают на то, что микробы учились жить с кислородом задолго до того, как атмосфера начала накапливать заметные его количества.