Skip to content
Научный журнал JournalTech.ru

Научный журнал JournalTech.ru

Как рано Земля получила кислород?

Posted on 06.09.202115.03.2022 By admin Комментариев к записи Как рано Земля получила кислород? нет
Публикации

[ad_1]

На фото примеры палеопротерозойских организмов. Кредит: Новости Массачусетского технологического института.

Первые 2 миллиарда лет истории Земли в воздухе практически не было кислорода.

В то время как некоторые микробы фотосинтезировали во второй половине этого периода, кислород еще не накопился на уровнях, которые могли бы повлиять на глобальную биосферу.

Но где-то около 2,3 миллиарда лет назад это стабильное равновесие с низким содержанием кислорода сместилось, и кислород начал накапливаться в атмосфере, в конечном итоге достигнув уровня, необходимого для поддержания жизни, которым мы дышим сегодня.

Это быстрое вливание известно как Великое событие оксигенации или GOE. Что спровоцировало это событие и вытащило планету из ее состояния с низким содержанием кислорода, является одной из величайших загадок науки.

Новая гипотеза, предложенная учеными Массачусетского технологического института, предполагает, что кислород, наконец, начал накапливаться в атмосфере благодаря взаимодействиям между некоторыми морскими микробами и минералами в океанских отложениях.

Эти взаимодействия помогли предотвратить потребление кислорода, запустив процесс самоусиления, когда все больше и больше кислорода стало доступным для накопления в атмосфере.

Ученые изложили свою гипотезу, используя математический и эволюционный анализы, показав, что действительно существовали микробы, которые существовали до ГЭ и развили способность взаимодействовать с отложениями способом, предложенным исследователями.

Их исследование, опубликованное сегодня в Nature Communications, является первым, связывающим совместную эволюцию микробов и минералов с насыщением Земли кислородом.

«Вероятно, самым важным биогеохимическим изменением в истории планеты было насыщение атмосферы кислородом», — говорит автор исследования Дэниел Ротман, профессор геофизики на факультете наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS).

«Мы показываем, как взаимодействие микробов, минералов и геохимической среды действовало согласованно, увеличивая содержание кислорода в атмосфере».

Соавторами исследования являются ведущий автор Хайтао Шан, бывший аспирант Массачусетского технологического института, и Грегори Фурнье, доцент геобиологии в EAPS.

Шаг вверх

Сегодняшние уровни кислорода в атмосфере представляют собой устойчивый баланс между процессами, производящими кислород, и процессами, которые его потребляют. До GOE атмосфера поддерживала иной вид равновесия, когда производители и потребители кислорода находились в равновесии, но таким образом, что для атмосферы не оставалось много дополнительного кислорода.

Что могло подтолкнуть планету из одного стабильного состояния с дефицитом кислорода в другое стабильное, богатое кислородом состояние?

«Если вы посмотрите на историю Земли, то увидите, что было два скачка, когда вы переходили от устойчивого состояния с низким содержанием кислорода к устойчивому состоянию с гораздо более высоким содержанием кислорода, один раз в палеопротерозое, другой раз в неопротерозое», — отмечает Фурнье.

«Эти скачки не могли быть из-за постепенного увеличения избытка кислорода. Должна была быть какая-то петля обратной связи, которая вызвала такое скачкообразное изменение стабильности».

Он и его коллеги задались вопросом, могла ли такая положительная петля обратной связи возникнуть из-за процесса в океане, который сделал некоторый органический углерод недоступным для его потребителей.

Органический углерод в основном потребляется в результате окисления, обычно сопровождаемого потреблением кислорода — процесса, при котором микробы в океане используют кислород для разрушения органических веществ, таких как детрит, осевший в отложениях.

Команда задалась вопросом: мог ли быть какой-то процесс, посредством которого присутствие кислорода стимулировало его дальнейшее накопление?

Шанг и Ротман разработали математическую модель, которая сделала следующее предсказание: если бы микробы обладали способностью лишь частично окислять органическое вещество, то частично окисленное вещество, или «POOM», эффективно становилось бы «липким» и химически связывалось с минералами в осадка таким образом, чтобы защитить материал от дальнейшего окисления.

Кислород, который в противном случае был бы потреблен для полного разложения материала, вместо этого мог бы накапливаться в атмосфере.

Они обнаружили, что этот процесс может служить положительной обратной связью, обеспечивая естественный насос, подталкивающий атмосферу к новому равновесию с высоким содержанием кислорода.

«Это заставило нас задаться вопросом, существует ли микробный метаболизм, который вызывает POOM?» — говорит Фурье.

В генах

Чтобы ответить на этот вопрос, команда провела поиск в научной литературе и определила группу микробов, которые сегодня частично окисляют органическое вещество в глубинах океана.

Эти микробы относятся к группе бактерий SAR202, а их частичное окисление осуществляется с помощью фермента, монооксигеназы Байера-Виллигера, или БВМО.

Команда провела филогенетический анализ, чтобы увидеть, как далеко можно проследить появление микроба и гена фермента.

Они обнаружили, что у бактерий действительно были предки, жившие еще до GOE, и что ген фермента можно было проследить в различных микробных видах еще до GOE.

Более того, они обнаружили, что разнообразие гена или количество видов, которые приобрели ген, значительно увеличилось во времена, когда атмосфера испытывала всплески насыщения кислородом, в том числе один раз во время палеопротерозоя GOE и снова в неопротерозое.

«Мы обнаружили некоторые временные корреляции между разнообразием генов, производящих POOM, и уровнем кислорода в атмосфере», — говорит Шанг. «Это подтверждает нашу общую теорию».

Чтобы подтвердить эту гипотезу, потребуется гораздо больше исследований, от экспериментов в лаборатории до исследований в полевых условиях и всего, что между ними. Своим новым исследованием команда представила нового подозреваемого в давнем деле о том, что насыщало кислородом атмосферу Земли.

«Предложение нового метода и демонстрация доказательств его правдоподобности — это первый, но важный шаг», — говорит Фурнье. «Мы определили это как теорию, достойную изучения».

Эта работа была частично поддержана фондом mTerra Catalyst Fund и Национальным научным фондом.

Автор Дженнифер Чу.

[ad_2]

Source

Навигация по записям

❮ Previous Post: Европейский план борьбы с раком и Миссия ЕС по борьбе с раком придают реальный импульс борьбе со всеми путями распространения болезни — блог Horizon Magazine
Next Post: Ускорение направленной эволюции молекул в лаборатории ❯

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

8 − 5 =

Свежие записи

  • Новая терапевтическая вакцина демонстрирует многообещающие результаты в лечении предраковых поражений шейки матки
  • Ученые обнаружили «отпечатки пальцев» крови при длительном течении COVID у детей, проложив путь к первому диагностическому тесту
  • Электромобили теперь живут дольше, чем бензиновые, показывает знаменательное исследование
  • Что нужно знать про строительство дома
  • Микробное разнообразие в различных экосистемах: Роль микробов в поддержании здоровья экосистем и их влияние на уровни биоразнообразия

Copyright © 2025 Научный журнал JournalTech.ru.

Theme: Oceanly by ScriptsTown