Бактерии отравили Землю... кислородом

Многие из нас, выйдя вечером из душного рабочего помещения на улицу, с удовольствием вдыхают свежий воздух сумерек. Подобное вряд ли было бы возможно 4 млрд лет назад. Потому что состав воздуха в те далекие времена был совсем другим. Хотя атмосфера вокруг Земли уже была.

Фото: Фото: AP

Воздушная оболочка нашей планеты появилась вместе с ней самой. Однако кислорода в ней тогда не было совсем. Дело в том, что, как мы помним из курса химии, этот газ обладает фантастической способностью вступать в химическую реакцию практически с любым веществом. Поэтому весь кислород, который время от времени появлялся на Земле в свободном состоянии, сразу же тратился на окисление различных металлов, благо, что в те далекие времена их на поверхности планеты было куда больше, чем сейчас.

Читайте также: Динамо-машина на хлорофилле

Сама же атмосфера в основном состояла из разнообразных горючих газов вроде метана, аммиака и его производных, а также углекислоты и сернистых газов. Их обильно поставляли в воздушную среду древние вулканы, которые были весьма активны и многочисленны (можно сказать, вся планета тогда представляла собой один сплошной вулкан). Из-за этого по поверхности планеты современному человеку было бы невозможно пройтись, не зажав носа из-за ужасного запаха.

Кроме того, эти газы абсолютно не подходят для того, чтобы большинство современных обитателей Земли ими дышали. Но древним организмам, судя по всему, подобный состав атмосферы ничуть не мешал плодиться и размножаться. А также потихоньку изменять воздушное пространство планеты.

Остатки первых микроорганизмов известны из отложений на территории Гренландии. Их возраст равен 3,9 млрд лет. Интересно, что, по данным палеонтологов, именно в это время на земле стали появляться первые водоемы. Вода образовалась в результате осаждения вулканического пара. Ее было пока что очень мало, водные массы в те времена даже не заполнила целиком самые глубокие океанические впадины вроде Марианского желоба. Однако именно вода стала первым домом для только-только появившихся живых существ, ибо только в ней они могли найти себе пищу и хоть какую-то защиту от губительного ультрафиолетового излучения.

Фото: AP

Пищей же этим "пионерам жизни" в те времена служило практически все. Они с удовольствием поедали друг друга, всасывали из толщи воды питательные органические вещества (что-то вроде бульончика консоме), а также сами создавали их в своих организмах, используя для этого неорганические запчасти из окружающей среды. Последний способ ученые называют хемосинтез. Для него была нужна энергия — и первобактерии получали ее, разлагая различные вещества, что "плавали" вокруг них, например, тот же метан (как видите, горючий газ для кулинарных целей первыми стали использовать вовсе не люди).

И лишь один источник энергии — свет — был пока недоступен для древних организмов. Более того, они в массе своей старались прятаться в тень, пугаясь губительного для них ультрафиолета, который разрушал их тела. Но некоторые из них вскоре нашли весьма интересный способ защититься то этой напасти. Они стали вырабатывать особые защитные вещества (ученые называют их пигментами), которые поглощали свет. Благодаря такому протектору можно было уже не жаться по темным углам, а горделиво плавать в освещенных местах без всякого риска для здоровья.

Вскоре некоторые из этих "разноцветных" бактерий открыли для себя еще одну удивительную вещь. Оказывается, уловленный пигментом свет можно использовать в "кухонных" целях, то естьблагодаряемуполучатьэнергию, необходимую для синтеза питательных веществ. Так, в истории Земли и жизни на ней возникли фотосинтезирующие организмы. Кстати, первые из них в гренландских отложениях, о которых мы уже упоминали, присутствуют, хотя их количество весьма невелико.

Но, как мы помним, в процессе фотосинтеза часто выделяется весьма опасный разрушительный газ, который через миллиарды лет древние греки назовут кислород. Он может быть весьма опасен для бактерий, поскольку, реагируя с различными молекулами из их организмов, вызывает их разрушение. Однако в те времена эта опасность была не столь велика — в воде было много соединений железа, и агрессивный газ набрасывался на них, оставляя бактерий в покое.

И тут наши одноклеточные "первооткрыватели" пришли к еще одному феноменальному выводу. Оказывается, вредный кислород можно использовать для того, чтобы разлагать пищу! При этом энергии получается в несколько раз больше, чем при бескислородном "переваривании". После того, как значительная часть организмов перешла на более выгодный способ обработки пищи (а ведь кислородное дыхание есть не что иное, как процесс "сгорания" пищи при помощи кислорода с высвобождением энергии), места скопления кислорода из пустынь превратились в весьма посещаемые "тусовки".

Ученые считают, что это произошло около 3 млрд лет назад. И хотя кислородозависимые бактерии сами использовали вырабатываемый ими газ, все равно при фотосинтезе его выделялось значительно больше, чем нужно. Их тела после смерти падали на дно, где кислорода еще не было, а значит, он не расходовался на разложение останков (гниение).

Фото: AP

Сначала весь лишний кислород уходил на окисление соединений железа. Но примерно 2 млрд лет назад таковых в воде осталось очень мало (одни окислились, другие ушли в земную кору). С этого момента весь свободный кислород стал поступать в воду, а после ее насыщения — и в атмосферу. Примерно 1,7-1,8 млрд лет назад "кислородная революция" в целом завершается, и на нашей планете образуется атмосфера, в которой этот газ составлял один процент от современного содержания. Тогда же, судя по всему, начал образовываться и первый, еще совсем тонкий, озоновый слой. Его появление раз и навсегда избавило древних обитателей Земли от страха перед ультрафиолетовым излучением.

Впрочем, с точки зрения некоторых существ, которые так и не смогли перейти на кислородное дыхание, этот процесс следовало бы назвать иначе: "Необратимое отравление кислородом атмосферы планеты". Для них наступили тяжелые времена — им пришлось прятаться в тех местах, где этот газ еще не смог накопиться в достаточных количествах. А последних становилось все меньше и меньше.

Читайте также: "Лёгкие планеты" находятся в океане

Защищенные озоновым экраном производящие и потребляющие кислород микроорганизмы расплодились в невероятных количествах, давая все новые и новые формы жизни, в том числе и многоклеточные водоросли. Эти, в свою очередь, во много раз увеличили выработку кислорода. В конечном итоге 550 млн лет назад в атмосфере земли этот газ достиг доли в двадцать процентов от общего ее состава. Именно столько его имеется в земном воздухе и сегодня.

Судя по всему, такое количество кислорода является нормальным для поддержания жизни на Земле. За всю ее историю содержание этого газа в атмосфере ненадолго возросло лишь один раз (360 млн лет назад, в каменноугольном периоде). Но это уже совсем другая история…

Читайте также в рубрике "Наука и техника"