Предложена новая версия появления кислорода в атмосфере в прошлом

В течение первых 2 миллиардов лет истории Земли в воздухе почти не было кислорода. Хотя к концу этого периода некоторые микробы уже занимались фотосинтезом, кислород еще не накопился на уровне, который мог бы повлиять на глобальную биосферу.

Но примерно 2,3 миллиарда лет назад это стабильное равновесие с низким содержанием кислорода изменилось, и кислород начал накапливаться в атмосфере, в конечном итоге достигнув уровня, поддерживающего жизнь, которым мы дышим сегодня. Этот стремительный приток кислорода известен как Великое событие насыщения кислородом, или GOE. Что вызвало это событие и вывело планету из состояния кислородного голодания - одна из величайших загадок науки.

Новая гипотеза, предложенная учеными Массачусетского технологического института, предполагает, что кислород наконец-то начал накапливаться в атмосфере благодаря взаимодействию между определенными морскими микробами и минералами в океанических отложениях. Эти взаимодействия помогли предотвратить потребление кислорода, запустив самоусиливающийся процесс, в результате которого в атмосфере стало накапливаться все больше и больше кислорода.

Ученые изложили свою гипотезу с помощью математического и эволюционного анализа, показав, что микробы действительно существовали до ГОЭ и развили способность взаимодействовать с отложениями таким образом, как это предложили исследователи. Их исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, является первым, связавшим коэволюцию микробов и минералов с насыщением Земли кислородом.


Он и его коллеги задались вопросом, могла ли такая положительная обратная связь возникнуть в результате процесса в океане, который сделал часть органического углерода недоступной для потребителей. Органический углерод в основном потребляется путем окисления, обычно сопровождаемого потреблением кислорода - процесс, в ходе которого микробы в океане используют кислород для расщепления органических веществ, таких как детрит, осевший в отложениях. Команда задалась вопросом: Мог ли существовать какой-то процесс, при котором присутствие кислорода стимулировало его дальнейшее накопление?

Шанг и Ротман разработали математическую модель, которая позволила сделать следующее предсказание: Если бы микробы обладали способностью лишь частично окислять органические вещества, то частично окисленные вещества, или "POOM", становились бы "липкими" и химически связывались с минералами в осадке таким образом, чтобы защитить материал от дальнейшего окисления.

Кислород, который в противном случае был бы израсходован на полное разложение материала, мог бы свободно накапливаться в атмосфере. Этот процесс, по их мнению, может служить в качестве положительной обратной связи, обеспечивая естественный насос для приведения атмосферы в новое, высококислородное равновесие.


Команда провела филогенетический анализ, чтобы выяснить, насколько далеко в прошлое можно отследить микроб и ген фермента. Они обнаружили, что у бактерий действительно были предки до ГОЭ, и что ген фермента можно проследить среди различных видов микроорганизмов еще до ГОЭ.

Более того, они обнаружили, что диверсификация гена, или количество видов, которые приобрели этот ген, значительно увеличивалась в периоды, когда в атмосфере происходили скачки насыщения кислородом, в том числе один раз во время палеопротерозоя GOE и еще раз в неопротерозое.