Команда биогеохимиков из Калифорнийского университета в Риверсайде дает нам нетрадиционный способ размышления о самом раннем накоплении кислорода в атмосфере, что, возможно, является самым важным биологическим событием в истории Земли.По общему мнению, заметное количество кислорода впервые накопилось в атмосфере Земли около 2,3 миллиарда лет назад во время так называемого Великого окислительного события (GOE). Однако возникает новая картина: производство кислорода фотосинтезирующими цианобактериями могло начаться еще 3 миллиарда лет назад, при этом концентрация кислорода в атмосфере могла эпизодически повышаться и снижаться в течение многих сотен миллионов лет, что отражает баланс между различными фотосинтетическими цианобактериями. производство и его потребление посредством реакции с восстановленными соединениями, такими как газообразный водород.«Растет количество данных, указывающих на производство и накопление кислорода в океане и атмосфере задолго до GOE», — сказал Тимоти В. Лайонс, профессор биогеохимии Департамента наук о Земле и ведущий автор всеобъемлющего синтеза. за более чем десятилетние исследования в рамках своей исследовательской группы и за ее пределами.
Лайонс и его соавторы, Кристофер Т. Рейнхард и Ноа Дж. Планавски, бывшие аспиранты UCR, отмечают, что, когда кислород окончательно закрепился в атмосфере примерно 2,3 миллиарда лет назад, он, вероятно, поднялся до высоких концентраций, потенциально даже таких уровней, как те, кого видели сегодня. Затем, по не совсем понятным причинам, дно выпало, кислород упал до крошечной доли сегодняшнего уровня, и океан оставался в основном свободным от кислорода более миллиарда лет.
Газета появится в Nature 19 февраля.«Этот период расширенного низкого содержания кислорода, охватывающий примерно от 2 до менее 1 миллиарда лет назад, был временем замечательной химической стабильности в океане и атмосфере», — сказал Лайонс.Его исследовательская группа предполагает серию взаимодействующих процессов или обратных связей, которые поддерживают кислород на очень низком уровне, главным образом за счет регулирования доступности жизненно важных питательных веществ в океане и, таким образом, фотосинтетической активности производства кислорода.
«Мы предполагаем, что в эту важную среднюю главу истории Земли уровень кислорода был намного ниже, чем считалось ранее, что, вероятно, объясняет низкую численность и разнообразие эукариотических организмов и отсутствие животных», — сказал Лайонс.Поздний протерозой — период времени, начавшийся менее миллиарда лет назад после этой замечательной главы устойчивого низкого уровня кислорода — был совершенно другим, отмечен экстремальными климатическими явлениями, проявившимися в глобальном оледенении, что указывает, по крайней мере, на интервалы современного -подобное содержание кислорода, а также появление и разнообразие самых ранних животных. Лайонс отмечает, что факторы, контролирующие рост животных, находятся под пристальным вниманием, в том числе опровергает давно устоявшееся мнение о том, что причиной этого явления стало резкое повышение концентрации кислорода в атмосфере.«Несмотря на новые представления о происхождении животных, мы подозреваем, что кислород сыграл важную, если не доминирующую роль в определении времени этого подъема и, в частности, в последующем возникновении сложных экологических факторов для жизни животных на и в отложениях, хищник-жертва отношения и большие тела ", сказал Лайонс. «Но, опять же, обратная связь всегда правит днем.
Изменение окружающей среды движет эволюцией, а шаги в развитии жизни меняют окружающую среду».Скорее всего, нет единого фактора, который может быть всей историей, и в сказке нужно написать гораздо больше.
Лайонс и его соавторы вместе с исследовательскими группами со всего мира сосредотачивают текущие усилия на определении времени и движущих силах оксигенации в позднем протерозое, отдавая предпочтение сочетанию глобального горообразования и эволюционного контроля за круговоротом углерода в биосфере. , и сопутствующие климатические явления.«Мы сталкиваемся с множеством вопросов, связанных с курицей и яйцом, когда дело доходит до выяснения времени и последовательности оксигенации океана и атмосферы», — сказал Лайонс. «Но теперь, вооружившись новыми и более точными данными, более сложными численными моделированиями и высокоинтегрированными исследованиями в лаборатории и в полевых условиях, история оксигенации Земли кажется намного более длинной и динамичной, чем предполагалось ранее, и мы приближаемся к пониманию механизмов, лежащих в основе такое изменение ".