Що сприяло появі кисню в атмосфері Землі – вчені знайшли відповідь

Чому Земля сповільнюється і як швидко це відбувається

На швидкість обертання Землі безпосередньо впливає наш природній супутник – Місяць. Під його впливом швидкість обертання планети поступово сповільнюється і це веде до того, що з кожним роком доба стає дещо довшою – приблизно на дві мілісекунди за століття.

Не пропустіть Астрономи дізналися швидкість обертання екзопланет

Ми цих змін не помічаємо, та й загальний вплив цього процесу на наше життя справді настільки незначний, що ним можна знехтувати. Однак протягом кількох мільйонів років ці накопичені мілісекунди здійснили значний вплив на біосферу нашої планети. Настільки серйозний, що, можливо, саме вони й привели до однієї з найсерйозніших трансформацій в історії Землі – появи кисневої атмосфери.

З чого все почалося і як відбувалося

Вчені вважають, що головні події розвивалися близько 2,4 мільярда років тому або раніше. У той період з'явилися фотосинтезуючі ціанобактерії, що виділяли кисень, який розчинявся в океані, осідав в мінеральних сполуках, заповнював повітря. І, судячи з даних дослідження, важливу роль у цій кисневій революції зіграла тривалість доби.

На можливий зв'язок дослідників наштовхнули бактерії, що мешкають в провалі Міддл-Айленд (Middle Island Sinkhole) – природній підводній каверні на озері Гурон в Північній Америці. Умови там справді екстремальні:

• вода сильно насичена сіркою;
• концентрація кисню у воді дуже низька.

Водночас камені на дні покриті процвітаючими колоніями мікробів-екстремофілів, що утворюють багатошарові бактеріальні покривала. Ціанобактерії у них є сусідами і змагаються з сульфатредукуючими бактеріями, які виробляють енергію без світла, з використанням сульфату.

Відкриття вчених

Біологи помітили, що у темну пору доби сульфатредуктори підіймаються ближче до поверхні багатошарового покривала, а у світлу їм на зміну приходять фотосинтезируючі ціанобактерії.

Цей щодобовий колообіг пов'язаний з конкуренцією мікробів за доступ до поверхні покривала, де відбувається найінтенсивніший обмін речовинами і енергією з навколишнім середовищем. Однак добова зміна одних бактерій іншими відбувається далеко не моментально, займає кілька годин.

У результаті у ціанобактерій залишається не так багато часу на перебіг процесів. Але чим тривалішою ставала добу, тим довше вони змогли виділяти кисень.

Бактеріальне покривало у провалі Міддл-Айленд / Фото NOAA Thunder Bay National Marine Sanctuary

​Цікаво Динозаври серед нас: чому птахи вижили, а інші динозаври – ні

Експеримент над ціанобактеріями

Щоб перевірити цю гіпотезу, вчені використовували дані з датчиків, встановлених у провалі Міддл-Айленд, а також провели експерименти із зразками бактерій, привезеними у лабораторію. На цій основі була отримана модель, яка показала залежність виділення кисню від частоти зміни світлих та темних періодів.

Логічно, що дві доби по 12 годин – це одна доба в 24 години; однак з точки зору фотосинтезу вони далеко не рівні. Обмеження, пов'язані з повільним переміщенням мікробів і дифузією молекул крізь бактеріальне покривало, призводять до того, що ціанобактеріям потрібно помітно більше часу на те, щоб процеси запустилися на повну силу.

Результат експерименту показав, що подовження світлого часу може різко посилити ефективність роботи ціанобактерії – що, мабуть, і сталося в епоху кисневої революції.

Нещодавно вчені здійснили ще одну важливу та вкрай рідкісну знахідку – скам'янілий мозок мечохвоста роду Euproops. Він помер близько 310 мільйонів років тому, але важливий орган можна добре роздивитися у скам'янілості.