Поява кисню на Землі змусила давні океани позеленіти

14 квітня 2025 р. 19:23

14 квітня 2025 р. 19:23

Моделювання умов на Землі в археї, тобто від чотирьох до двох з половиною мільярдів років тому, показало, що поява в цей час фотосинтезу та кисню призвела до позеленіння давніх океанів. Це сталося тому, що в океанах почали накопичуватися окиснені форми заліза, які й надали воді такого кольору. Як вважають науковці, зелений колір поверхні може бути індикатором ранніх форм життя й на інших планетах. Дослідження опублікували в журналі Nature Ecology & Evolution .

Ріст і фотосинтез ціанобактерій поблизу Фіджі призводить до позеленіння океанів і зараз. Norman Kuring / Wikimedia Commons

Чому припустили існування зелених океанів?

Усі рослини, зокрема ті, що населяють сучасні океани, для фотосинтезу використовують один основний пігмент — хлорофіл. Він пристосований до поглинання білого світла та вироблення енергії для синтезу необхідних рослинам сполук.

Утім перші фотосинтетичні організми , ціанобактерії, мають також додатковий пігмент для фотосинтезу — фікобілін. Він найкраще поглинає світло в зеленій області спектра, а вода в місцях масового зростання ціанобактерій часто має зелене забарвлення. Тож дослідники з Кіотського та Наґойського університетів вирішили вивчити зв’язок між появою у ціанобактерій цього пігменту для фотосинтезу та умовами, у яких вони зростали на ранній Землі.

Що з’ясували про зв’язок ціанобактерій і зелених океанів?

Науковці вивчали давні породи, які містять сліди заліза до появи на Землі молекулярного кисню та після. Як з'ясувалося, в період появи фотосинтезу в океани часто вимивало залізо з таких порід. Тому утворений внаслідок фотосинтезу кисень спершу залишався в океані та сприяв окисненню заліза, перш ніж заповнити океани й атмосферу та сприяти появі організмів, що ним дихають.

Ціанобактерії, які виробляють значну частку кисню, необхідного для дихання інших організмів. Luke Thompson from Chisholm Lab and Nikki Watson from Whitehead, MIT / Wikimedia Commons

Через окиснення заліза до форми Fe(III), тобто найбільш окисненої з тих, що зустрічаються на нашій планеті, земні океани часів архею забарвилися в зелений колір. Це призвело до того, що світло під водою було здебільшого зеленої області спектра. Науковці вважають, що це призвело до появи в ціанобактерій другого джерела енергії: фотосинтезу з використанням фікобілінів.

На підтвердження своєї гіпотези науковці генетично модифікували сучасні ціанобактерії, наділивши їх фікобіліном, пристосованим до поглинання саме зеленого світла. Як виявилося, такі ціанобактерії краще виживали в умовах зеленого освітлення, ніж усі інші.

Як знання про ціанобактерії допоможе шукати позаземне життя?

Дослідники вважають, що на ранньому етапі свого існування Земля з космосу мала вигляд «маленької зеленої цятки» через активність ціанобактерій. Якщо й на інших планетах примітивне життя розвивається так само, як на нашій, то вивчення інших «маленьких зелених цяток» у космосі могло би полегшити пошук таких придатних до життя планет.

Крім того, знання про зміни кольору земних океанів у минулому допоможе зрозуміти, якого кольору вони набудуть у майбутньому. Так науковці припускають , що збільшення кількості нітрогену в океанах, зокрема через використання добрив, може призвести до активного росту червоних водоростей. А збільшення кількості сірки в океані та зменшення вмісту кисню може спричинити активний ріст пурпурних сірчаних бактерій. Такий сценарій можливий тоді, коли Сонце стане активнішим через перетворення на червоного гіганта. Виявлення таких кольорових океанів на інших планетах або супутниках може вказати на наявність на них життя в минулому.

• Однак джерелом кисню на ранній Землі могли бути не лише ціанобактерії. Як з’ясували науковці, на океанічному дні цей газ може утворюватися через хімічні реакції з металами.

• Детальніше про те, як рослини використовують фотосинтез для отримання енергії навіть там, де світла для фотосинтезу критично мало, — читайте у матеріалі «Ті, що живуть світлом у пітьмі».

Наука