Сложные организмы возникли из-за снижения концентрации никеля в океане

Сложные организмы возникли из-за снижения
концентрации никеля в океане

     Увеличение концентрации кислорода в атмосфере и океанах 2,7-2,4 миллиарда лет назад, обеспечившее развитие сложных форм жизни на Земле, произошло из-за уменьшения концентрации ионов никеля в морской воде, вызванного остыванием земной мантии и вулканической лавы - основного источника никеля в океане, уверены авторы публикации в журнале Nature.

   Изначально атмосфера и океаны Земли содержали совсем незначительное количество кислорода, заметное увеличение которого произошло примерно 2,4 миллиарда лет назад. Причины этого события, названного учеными "великим окислением", навсегда изменившим облик планеты, до сих пор оставались неизвестными.

   Международная группа ученых из Канады, США, Франции и Великобритании во главе с профессором Куртом Конхаузером (Kurt Konhauser) из Университета Альберты в Эдмонтоне, предложила разгадку, проанализировав примеси элементов в осадочных породах и связав хронологию изменения их концентрации с хронологией увеличения концентрации кислорода в атмосфере Земли. Анализу подверглись минералы из десятков различных регионов мира, называемые пластовыми железнорудными формациями, возраст которых составляет от 0,55 до 3,8 миллиарда лет.

   Подобные формации являются очень древними породами, образованными перемежающимися слоями обогащенных железом минералов и слоями силикатных пород. Механизмы формирования такой слоистой структуры до сих пор остаются предметом дискуссий. Например, считается, что они могут отражать периодические процессы оледенения планеты, однако очевидно, что они сформировались из отложений солей железа и других примесных элементов, находившихся в воде древнейших морей и океанов.

   Концентрация ионов никеля в современных океанах очень низка, однако в древнем океане она была в 400 раз выше. Геохимики сходятся во мнении, что уровень концентрации поддерживался за счет активного вулканизма, выносившего на поверхность Земли или морского дна очень горячие потоки расплавленной лавы, обогащенной никелем. Со временем в процессе эрозии вулканических пород этот никель оказывался в океане.

   Эта концентрация обеспечивала жизнь особого рода микроорганизмов - метаногенов, главным продуктом жизнедеятельности которых был газ метан, составлявший основу бескислородной атмосферы Земли того времени.

   Наряду с этими микроорганизмами в то время уже существовали и микроорганизмы, вырабатывавшие кислород в ходе фотосинтеза так же, как его вырабатывают современные виды сине-зеленых водорослей и цианобактерий. Однако весь вырабатываемый ими кислород неизбежно реагировал в атмосфере метаном, давая воду и углекислый газ.

   Тем не менее, по мере того, как мантия Земли остывала, содержание в ней пород, обогащенных никелем, снижалось, а потому обедненные никелем вулканические лавы больше не могли поддерживать и высокую концентрацию ионов никеля в океане, постепенно оседавшего в виде оксидов и солей на дно, образуя пластовые формации.

   Как показали авторы публикации на примере этих пород, концентрация ионов никеля в воде, начав сокращаться 2,7 миллиарда лет назад, уменьшилась вдвое спустя всего 200 миллионов лет.

   Авторы статьи утверждают, что по мере того, как концентрация никеля в морской воде снижалась, метаногенам становилось все труднее синтезировать никель-содержащие ферменты, являющиеся основой их метаболизма. Такой никелевый "голод" практически не затронул водоросли и бактерии, живущие за счет фотосинтеза, а потому концентрация производимого ими кислорода в атмосфере начала постепенно повышаться, вытесняя метан, производимый угасающими популяциями метаногенов.

   "До сих пор никому не приходило в голову связать Великое окисление с концентрацией никеля в воде, однако наше исследование показывает, что этот элемент, ныне содержащийся в воде в крайне незначительном количестве, некогда имел решающее влияние на развитие жизни на нашей планете", - считает Доминик Папиню (Dominic Papineau), соавтор публикации, слова которого приводит пресс-служба Института имени Карнеги.