критические для эволюции биосферы уровни содержания кислорода в атмосфере Земли. Различают основное и дополнительное числа Пастера; оба уровня достигнуты в архее.
Основное число Пастера — достижение содержания кислорода в атмосфере в размере 1% от современного уровня, что привело к возможности возникновения аэробов. Дополнительное число Пастера — достижение содержания кислорода в атмосфере в размере 10% от современного; момент формирования озоносферы, что позволило организмам заселить мелководье, а затем выйти на сушу.
Горных пород на безжизненной поверхности материков коснулось окислительное выветривание, и реки понесли в океан многие элементы, замурованные прежде в камне. Это, в свою очередь, изменило химию океанов и дало мириадам микроскопических живых существ в воде и пищу, и способность осуществлять прежде недоступные химические реакции. Вместе с растворявшимся в воде кислородом они преобразовали океаническое дно и продолжили менять состав атмосферы. В конечном счете Великое окисление подготовило почву для появления в океане сложной жизни — истинно ядерных клеток и многоклеточных организмов, которым потом предстояло выйти на сушу и заселить материки, дав нашей планете тот облик, который мы наблюдаем сейчас.
Конечно, все это случилось не сразу. От Великого окисления до знаменитого Кембрийского взрыва биологического разнообразия прошло 2 миллиарда лет протерозойского эона, включавшего в себя, к примеру, несколько масштабнейших оледенений Земли, в ходе которых мир почти целиком покрывался ледовой коркой. Но началось все именно с роста содержания кислорода, которому мы, по мнению большинства ученых, обязаны цианобактериям, или сине-зеленым водорослям. Именно они «освоили» фотосинтез, научившись напрямую использовать энергию солнечного света для превращения углекислого газа и воды в кислород и органические вещества.
Но вот загвоздка — цианобактерии, похоже, появились за сотни миллионов лет до Великого окисления. Куда же девался кислород все это время?
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"click": "on",
"id": "2207636",
"incutNum": 2,
"repl": "<2>:{{incut2()}}",
"uid": "_uid_2971935_i_2"
}
Весь кислород, который пробивался в атмосферу от цианобактерий, тут же вступал в реакцию с метаном, превращаясь в водяной пар и углекислый газ. Получалось что-то вроде газовой конфорки планетарного масштаба, только с ничтожно низкими темпами «горения», которые вряд ли вносили серьезный вклад в поддержание тепла на планете. Но этого и не требовалось — Землю грел сильнейший парниковый эффект от метана и, немножко, от углекислого газа, который из метана образовывался.
Согласно этой точке зрения, превращение атмосферы из «метановой» в «кислородную» (и вытекающее из этого похолодание) происходило за счет постепенного вытеснения метаногенов фотосинтезирующими бактериями. И до сих пор предполагалось, что последние обыграли первых за счет своей энергетической эффективности и изысканной биохимии — более разнообразных ферментов, более сложных внутриклеточных процессов, способности подстраиваться к изменениям в окружающей среде.
Курт Конхаузер из Университета канадской провинции Альберта и его коллеги, опубликовавшие статью в последнем номере Nature, придерживаются другой точки зрения.
Они полагают, что с пьедестала метаногены сбросила сама Земля, переставшая обеспечивать эти микроорганизмы никелем.
Это важнейший микроэлемент для метаболизма метаногенов. По оценке ученых, более 10% ферментов, катализирующих химические реакции в этих бактериях и регулирующих активность молекул, включают Ni как ключевой элемент. Как правило, никель работает в связке с железом, но именно доступность никеля 2,5 миллиарда лет назад стала (и остается до сих пор) фактором, ограничивающим рост метаногенов. Железа в древних океанах было предостаточно — в отличие от океанов сегодняшних, где никеля в свободном состоянии даже больше, поскольку все железо высосали те же цианобактерии.
skin: article/incut(default)
data:
{
"_essence": "test",
"click": "on",
"id": "2932470",
"incutNum": 3,
"repl": "<3>:{{incut3()}}",
"uid": "_uid_2971935_i_3"
}
Причиной такого снижения, по мнению геологов, стало постепенное остывание земной мантии, которая поставляет на поверхность планеты богатые никелем ультрамафические породы.
При достижении определенной температуры извергающейся магмы (около +1400 по Цельсию) на поверхность вместо никеля стали преимущественно выбрасываться другие металлы этой группы, приспособить которые под свои нужды метаногены не смогли.
Когда концентрация элемента упала вдвое, бактериям-метаногенам стало недоставать его для обеспечения своего господства в океане. А на пятки им в то время уже вовсю наступали цианобактерии, гораздо менее зависимые от этого элемента в частности и гораздо более успешные в извлечении любых других металлов из окружающей среды вообще (для этого у них есть специальные молекулярные «приспособления»).
Получается, что развитие жизни в том виде, которое оно приняло на Земле, является совершенно закономерным, следующим из законов геологии и теплофизики. Если Конхаузер и его коллеги окажутся правы, можно надеяться, что обитатели других планет не будут так уж сильно отличаться от нас.
