Ученые раскрыли механизм, благодаря которому Земля сохраняла пригодные для жизни условия после Великого кислородного события 2,3 млрд лет назад. Исследование, опубликованное в Nature Communications, провела международная группа под руководством геолога Андрея Беккера из Калифорнийского университета в Риверсайде.
Великое окислительное событие (Great Oxidation Event, ВКС) — глобальное изменение состава атмосферы Земли, произошедшее в начале протерозоя. В результате в атмосфере появился свободный кислород, а ее характер изменился с восстановительного на окислительный. Установлено, что изменения химического состава древнего океана запустили самоподдерживающийся цикл, удерживавший кислород на стабильно высоком уровне.
Ключевую роль в этом процессе играл фосфор. Как поясняет Беккер, без фосфора живые организмы не способны расти и функционировать. Когда его концентрация в океане возросла, больше органического углерода стало скапливаться под водой, а побочным продуктом этого процесса стал дополнительный выброс кислорода в атмосферу.
Поступление кислорода в океан сопровождалось ростом концентрации сульфатов. Микроорганизмы использовали их для эффективного расщепления органики, возвращая фосфор в морскую воду и стимулируя новый биологический рост. Чем больше биомассы формировалось, тем больше углерода аккумулировалось — и тем больше кислорода накапливалось в атмосфере, замыкая цикл.
Для проверки гипотезы команда проанализировала древние породы из Южной Африки новым методом, суть которого в разделении фосфора в зависимости от типа минерала, в котором он был связан. Раньше ученые измеряли лишь общий объем фосфора, что не давало понять, какая доля была доступна организмам. Новый подход показал, какой фосфор участвовал в биологических процессах, а какой оставался связанным в недоступной форме.
Полученные данные свидетельствуют: после ВКС уровень кислорода колебался значительнее, чем предполагалось. Эти колебания на протяжении десятков миллионов лет влияли на химический состав океана и круговорот питательных веществ. Если кислорода было достаточно, то замедление развития сложных организмов, возможно, объяснялось иными факторами среды, а не только его дефицитом.
Выводы актуальны и для современности. Из-за изменения климата отдельные участки океана теряют кислород. Если эта тенденция сохранится, содержание фосфора в морской воде может снова снизиться. Это значительно снизит жизнеспособность морских экосистем.
Результаты исследования могут пригодиться и в поиске внеземной жизни: понимание взаимосвязи кислорода, питательных веществ и биологии Земли позволяет точнее выявлять аналогичные условия на других планетах.
Ранее Наука Mail рассказывала, что природные системы планеты находятся на грани коллапса.