Кислородная катастрофа вывернула биосферу наизнанку

Около 2.5 млрд лет назад на Земле произошло событие, которое назвали кислородной катастрофой. Однако оно было связано вовсе не с исчезновением кислорода. Наоборот, в атмосфере он вдруг появился. Почему тогда говорят о катастрофе, если этот газ необходим для дыхания? Просто катастрофой это было не для нас...

Архейский эон, длившийся примерно с 4 до 2.5 миллиардов лет назад, был миром прокариотических организмов - бактерий и архей. В отсутствии кислорода они использовали для дыхания другие вещества-окислители.

Вспомним, что клеточное дыхание - это окисление различных веществ, обычно органических, с целью извлечения из их химических связей энергии для процессов жизнедеятельности. В качестве окислителя может выступать не только кислород. Организмы, использующие оный называются аэробами, не использующие - анаэробами. Первая жизнь на Земле была исключительно анаэробной.

Дыхание приводит к распаду веществ ради энергии. С другой стороны, фотосинтез - это "захват" энергии Солнца для синтеза органических веществ. Фотосинтез позволяет аккумулировать космическую энергию в химических связях вещества. Если бы не он, энергии, заключенной в материи Земли, для полноценного развития жизни вероятно не хватило бы.

Атмосфера раннего архея слабо пропускала световые лучи, а жизнь была возможна лишь в океане, потому что на суше ее убивал ультрафиолет, так как озонового слоя не было. Поэтому первые живые организмы не могли быть фотосинтетиками. Вместо этого они питались либо гетеротрофно, поглощая готовую органику, либо путем хемосинтеза - могли сами синтезировать органику, но делали это за счет энергии, извлекаемой из веществ, а не за счет энергии солнечного излучения.

Когда атмосфера стала лучше пропускать свет, у некоторых прокариот появился фотосинтез. Позже возник улучшенный вариант этого процесса, при котором в качестве побочного продукта химических реакций стал выделяться кислород.

Кислород - это идеальный окислитель. Использовать его в процессе дыхания выгоднее, чем другие вещества. Однако организмы архея не были приспособлены для жизни в окислительной среде. Поэтому они начали массово гибнуть. Появление в океанах и атмосфере кислорода стало катастрофой для анаэробной жизни.

С другой стороны, в процессе естественного отбора появились прокариоты, способные жить в такой среде. Сначала они обитали в так называемых кислородных карманах, которые формировались на мелководье в сообществах фотосинтетиков. Окружающая среда насыщалась кислородом. В процессе эволюции некоторые организмы научились его использовать в процессе дыхания. Поэтому скорее всего в этих фотосинтезирующих сообществах впервые появились аэробы.

Это могло произойти еще в середине архея. Однако до насыщения всей гидросферы и атмосферы кислородом было далеко. Сначала кислород окислял железо, находящееся в воде, окислял газы атмосферы, в частности метан. В свободном виде кислород долго не задерживался, а сообщества фотосинтетиков были не настолько мощными, чтобы производить его в большом количестве.

И только в начале следующего за археем протерозойского эона концентрация кислорода в атмосфере стала такой (хотя и была существенно ниже нашей), что среда оказалась губительной для анаэробных организмов. Однако в некоторых местах планеты оставались и существуют по сей день бескислородные условия. В них и "попрятались" оставшиеся анаэробные прокариоты.

Даже если какие-то анаэробы смогли приспособиться к окислительной окружающей среде, аэробы победили бы их в борьбе за существование лишь за счет более эффективного энергетического обмена и, следовательно, более быстрой эволюции.

Кислородная катастрофа длилась около 300 миллионов лет, примерно с 2.4 до 2.1 млрд лет назад. Говорят, что в это время биосфера вывернулась наизнанку. Тех, кого было мало, стало много. А те, кто раньше преобладал, почти исчез, для них случилась катастрофа. Для нас же, аэробов, это стало кислородным событием, позволившим выйти из своих "карманов" и захватить всю планету.

Скала возрастом 2,1 миллиарда лет, содержащую железную руду. Кислород, соединяясь с железом, "вычищал" его из океанов. Камень является доказательством наличия в те времена кислорода, единственным источником которого на планете могли быть живые организмы.

Скала возрастом 2,1 миллиарда лет, содержащую железную руду. Кислород, соединяясь с железом, "вычищал" его из океанов. Камень является доказательством наличия в те времена кислорода, единственным источником которого на планете могли быть живые организмы.