Антарктические бактерии помогают разгадать тайну появления земного кислорода

В нижней части ледяного Антарктического озера, ярко-зеленые цианобактерии порождают крошечный оазис кислорода, что может пролить свет на то, как ранняя Земля выглядела до его появления.

Новое исследование американских ученых позволит обнаруживать потенциальные места жизни на далеких планетах.

Сегодня кислород составляет примерно пятую часть атмосферы Земли. Однако в более ранние времена нашей планеты, его содержание было гораздо ниже.

 

Он заполнил первозданную атмосферу только 2,4 млрд лет назад. Это событие называется Большая кислородная катастрофа.

Окисление земной атмосферы и океанов, свидетельства чего можно обнаружить в древних породах, привело к крупнейшим химическим изменениям на поверхности Земли.

Многие исследования предполагают, что скачок уровня кислорода был обусловлен появлением фотосинтезирующих цианобактерий – микроорганизмов, способных поддерживать жизнь, превращая солнечную энергию в химическую.

Эти бактерии стали первыми производителями кислорода на Земле, генерируя его как побочный продукт фотосинтеза.

Кислород – это один из основных факторов для выживания и эволюции биологической жизни. Он дает живому организму энергию через дыхание. Пока еще не понятны этапы, как этот газ заполнял земную атмосферу.

Многие ученые предполагают, что цианобактерии, в те далекие времена, могли создавать «кислородные оазисы» – изолированные районы, где кислорода было в избытке, прежде чем он распространился по всей древней Земле. Такие оазисы могли иметь место за 400 млн. лет до Большой кислородной катастрофы.

В последнем крупном исследовании ученые предположили, что современным примером таких, давно исчезнувших оазисов, может быть озеро Фрикселл, находящееся в долинах Мак-Мердо (Антарктида). Этот континент и сейчас преподносит новые сюрпризы и на нем всегда можно обнаружить что-то новое и уникальное. Его изучение похоже на исследование космического пространства.

Озеро постоянно покрыто льдом толщиной 4-5 метров. Чтобы проводить исследования в таких условиях необходимо пробурить отверстие диаметром около 20 см., а потом опустить в него медную трубу и закачать антифриз, чтобы расплавить лед и получить отверстие большего размера достаточного для спуска через него в воду человека.

Исследуя содержимое озера, можно понять, какая окружающая среда присутствовала на Земле, когда не было крупных рыб и животных. Кроме того, находящиеся в нем микроорганизмы, могут напоминать тех, которые присутствовали на древней Земле.

Имея лучшее понимание тех времен, можно найти подобные места в Солнечной системе и Вселенной.

Озера в Мак-Мердо, как правило, содержат кислород в верхних слоях. Озеро Фрикселл необычное, поскольку становится бескислородным на глубине 9,8 метра, куда свет все равно проникает.

Во время погружений ниже 10,2 м, т.е. ниже кислородной зоны, ученые заметили ярко-зеленые места на дне. Исследователи нашли в этих местах большие скопления цианобактерий. Их зеленые пигменты, указывают на хлорофилл, который является ключевым участником фотосинтеза.

Далее ученые обнаружили тонкий слой кислорода (всего 1-2 мм) чуть выше месторасположения бактерий.

Ввиду того, что на дно озера проходит немного света, микроорганизмы фотосинтезируют кислород очень медленно и, в основном, на протяжении Антарктического лета, когда уровни солнечного света максимальные. Ученые считают, что такие «оазисы», как найденный ими, преобладали на нашей планете до Большой кислородной катастрофы.

Увеличившись и дойдя до критического уровня, они, в конечном итоге, привели к глобальному распространению кислорода в атмосфере. В качестве следующего шага исследователи хотят вернуться в озеро Фрикселл и изучить, как кислород-продуцирующие бактерии переживают долгую, темную зиму, а также понять, какие химические изменения происходят в них, когда возвращается лето.