По данным нового исследования геомикробиологов из Университета Альберты, оксигенация атмосферы Земли частично была связана с частицами железа и кварца в древней морской воде. Но эти результаты решают только часть древней тайны.
Частицы железного кварца помогли защитить цианобактерии, которые сыграли ключевую роль в оксигенации атмосферы Земли в соответствии с новыми исследованиями Уэльберты. (Фото: Джордж Овтрим)
Ранние организмы, называемые цианобактериями, продуцировали кислород через кислородный фотосинтез, что приводило к оксигенации земной атмосферы. Но цианобактерии нуждались в защите от ультрафиолетового излучения Солнца, чтобы развиваться. Именно там появляются частицы железа и кварца в древней морской воде, по словам Александра Млощевска, бывшего аспиранта, который проводил это исследование под руководством Курта Конхаузера, профессора кафедры наук о Земле и атмосфере, и Джорджа Овтрима, профессора кафедры биологических наук.
Исследовательская группа характеризовала влияние ультрафиолетового стресса на цианобактерии и степень радиоактивного излучения через среду морской воды посредством сочетания микробиологических, спектроскопических, геохимических и методов моделирования. Их результаты показывают, что присутствие высоких концентраций кварца и железа в ранней морской воде позволило сформировать осадки железа и кремнезема, которые в течение продолжительного времени оставались висящими в океане.
"По сути, частицы железного кварца действовали как древний "солнцезащитный крем" для цианобактерий, защищая их от летальных эффектов прямого воздействия ультрафиолетового излучения", - сказал Конхаузер, старший автор из Уэльберты. "Это было важно на ранней Земле до того, как был создан достаточно толстый озоновый слой, который мог бы позволить морскому планктону распространиться по всему миру, как это имеет место сегодня".
Больше недостающих частей
Но, как объясняют исследователи, осадки, богатые железным кварцем, рассказывают только часть истории.
"Накопление атмосферного кислорода из цианобактерий способствовало развитию кислородного дыхания и многоклеточных организмов", - говорит Овтрим. Но причина большого количества времени, необходимого для свободного накопления кислорода в атмосфере после первоначальной эволюции цианобактерий, остается загадкой.
В то время как железный кварц позволил бы ранним цианобактериям выживать, ультрафиолетовая радиация все равно предотвращало бы их широко распространенный рост.
"Вероятно, ранние цианобактерии не были столь же продуктивными, как сегодня, из-за воздействия ультрафиолетового стресса. До тех пор, пока накопление достаточного количества кислорода цианобактерий не обеспечило бы более устойчивые средства защиты, такие как озоновый слой, УФ-стресс, возможно, сыграл еще более важную роль в формировании структуры самых ранних экосистем", - пояснил Млошевска.
Эти новые результаты помогают исследователям понять не только то, как ранние цианобактерии были затронуты воздействием высокого уровня радиации на ранней Земле, но и динамику окружающей среды, которая повлияла на историю оксигенации нашей атмосферы.
“Эти результаты могли также использоваться в качестве тематического исследования, чтобы помочь нам понять потенциал для появления жизни на других планетах, которые затронуты повышенными ультрафиолетовыми уровнями радиации, например скалистые планеты размера земли в пригодных для жилья зонах соседних звездных систем M-карлика как TRAPPIST-1, Proxima Centauri, LHS 1140 и Ross 128 среди прочих”, сказал Млошевска.
Исследование проводилось в сотрудничестве коллег из Университета Тюбингена и Йельского университета и поддерживалось Национальным советом по науке и исследованиям Канады, а также Институтом астрофизики альтернативной Земли НАСА. В "Nature Communications" опубликована статья "УФ-излучение, ограниченное расширением цианобактерий в ранних морских средах".