Как кислород чуть не убил все живое на Земле: история Гуронского оледенения
Хотя жизнь зародился на Земле достаточно рано, кислород, необходимый людям, появился значительно позже. И попутно привел к экологической катастрофе невероятных масштабов. Портал Big Think рассказал о т.н. «кислородной катастрофе» и бактериях, толкнувших планету к ледниковому периоду.
Несмотря на то, что кислород считается одной из характерных черт жизни на Земле, два миллиарда лет назад он был по-настоящему разрушительной силой из-за своего изобилия. Медленное изменение нашей атмосферы под влиянием кислорода оказалось смертельным для большинства распространенных живых организмов на планете. На несколько сотен миллиардов лет Земля погрузилась в ужасающий ледниковый период, заморозивший поверхность планеты.
Для того, чтобы понимать контекст произошедшего, можно разобрать жизненный цикл дрожжей. Дрожжи поглощают пищу при помощи простого химического процесса — ферментации. Клетки питаются сахаром, конвертируя его в алкоголь, а побочным продуктом реакции становится углекислый газ. Т.к. дрожжи обитают в водяной среде, выделение углекислого газа также создает угольную кислоту. Рано или поздно окружение становится слишком кислотным для выживания дрожжей, и их популяция падает. Если не произойдет никакого вмешательства, колония полностью вымрет из-за отравления собственными отходы.
Подобный сценарий применим практически к любой форме жизни. Без конкурентов или хищников, при наличии практически бесконечных ресурсов, популяция организмов поначалу будет расти в экспоненциальной прогрессии. Постепенно уровень поглощения ресурсов также начнет расти, а вместе с ним и производимые отходы. Неизбежно организм начнет отравлять собственную среду обитания продуктами своего же процветания.
Примерно 3,4 млрд лет назад на Земле появились первые живые организмы, обладавшие способностью к фотосинтезу. Они поглощали солнечный свет специфического спектра, благодаря которому внутри клеток запускалась реакция электрона. Многие организмы используют различные электроны для своих реакций, но среди них особняком стоят те, что применяли электроны воды. Цианобактерии — или сине-зеленые водоросли, впервые появившиеся на планете от 2,7 до 3,5 млрд лет назад.
Популяция цианобактерий на Земле того периода была огромной, но это не главное. Куда важнее тот факт, что эти водоросли — единственный организм своего рода, который способен вырабатывать кислород в качестве отхода жизнедеятельности. И именно их ученые называют виновниками ледникового периода.
Цианобактерии прошли тот же цикл, что и дрожжи из примера ранее. При наличии бесконечного источника ресурсов (солнечного света) они начали размножаться на поверхности океана и производить кислород. Молекулы кислорода вытеснили метан из атмосферы Земли, что привело к снижению парникового эффекта и падению глобальных температур. Кроме того, из-за отходов цианобактерий погибло большинство прочих микроорганизмов — для них кислород был токсичным. Мощности Солнца не хватило для того, чтобы поддерживать воду в достаточно теплом, жидком состоянии, что в конце концов привело к замерзанию Земли.