Сегодня с орбиты Земля выглядит как голубая планета — благодаря океанам, покрывающим почти три четверти её поверхности. Но миллиарды лет назад цвет морей мог быть совсем иным. Учёные из Японии опубликовали в журнале Nature результаты исследования, согласно которому в архейскую эру вода на планете могла быть… зелёной.
Что происходило на Земле 3 миллиарда лет назад?
Период между 3,8 и 1,8 миллиарда лет назад был временем, когда жизнь существовала только в океанах. Это были одноклеточные микроорганизмы, способные выживать в экстремальных условиях. Суша представляла собой безжизненные скалы, а атмосфера и моря были практически лишены кислорода.
Железо из скал попадало в океаны вместе с дождевой водой и речными потоками. Ещё один источник — подводные вулканы. В результате в воде накапливались огромные объёмы растворённого железа.
Именно в этот период появились первые организмы, способные использовать солнечный свет для производства энергии. Это был анаэробный фотосинтез, не требующий кислорода. Он стал первым шагом к глобальным изменениям на планете.
Великая оксигенация: как появился кислород
Побочным продуктом фотосинтеза стал кислород, который сначала вступал в реакцию с растворённым в воде железом, образуя оксиды. Лишь после того, как весь запас железа был окислен, кислород начал накапливаться в атмосфере.
Этот процесс привёл к великому окислительному событию — поворотному моменту в истории Земли, когда условия на планете стали благоприятными для развития сложной жизни. Начался переход от бескислородной среды к кислородной биосфере, какой мы её знаем сегодня.
Почему вода могла быть зелёной?
Исследование японских учёных началось с наблюдений за водами вокруг вулканического острова Иводзима. Там вода имеет зелёный оттенок из-за высокого содержания Fe(III) — окисленного железа. В таких условиях активно растут сине-зелёные водоросли, которые, несмотря на название, представляют собой бактерии.
Исследователи выдвинули гипотезу: если бы в архейских морях было столько же железа, сколько у побережья Иводзимы, и одновременно происходил фотосинтез, это могло бы окрасить воду в зелёный цвет.
Вот что подтверждает эту идею:
- сине-зелёные бактерии существовали уже в архейскую эру;
- они могли использовать железо вместо воды для фотосинтеза;
- лабораторные эксперименты показали, что бактерии с пигментом фикоэритробилин лучше растут в зелёной среде;
- компьютерное моделирование подтвердило: концентрация окисленного железа могла быть достаточной для изменения цвета океанов.
Как это связано с поисками жизни на других планетах?
Исследователи делают важный вывод: если какая-либо экзопланета будет казаться зелёной с орбиты, это может указывать на наличие примитивной фотосинтетической жизни — подобной той, что существовала на Земле до появления кислорода.
Цвет как маркер эволюции
Интересно, что архейская эра длилась около 1,5 миллиарда лет — это больше половины всей истории Земли. За это время цвет океанов мог неоднократно меняться. Возможно, именно поэтому у сине-зелёных бактерий развились разные типы фотосинтетических пигментов:
- фикоэритробилин — эффективен при зелёном освещении;
- хлорофилл — идеален для белого солнечного света, как сегодня.
Такое световое разнообразие дало бактериям эволюционное преимущество и стало основой для всего последующего развития жизни на Земле.