Как никель и мочевина повлияли на эволюцию кислорода на Земле
Появление кислорода в атмосфере Земли стало ключевым моментом в истории нашей планеты, навсегда изменившим окружающую среду и создавая предпосылки для возникновения сложной жизни. Это событие, известное как Великий окислительный период (ВОП), произошло примерно от 2,1 до 2,4 миллиардов лет назад.
Тем не менее, хотя кислородосодержащая фотосинтез в цианобактериях, вероятно, развивалась за сотни миллионов лет до этого события, уровень кислорода в атмосфере оставался низким в течение длительного времени. Ученые спорили о причинах задержки окисления Земли, исследуя различные факторы, от вулканических газов до микробной активности. Однако полное объяснение этого явления все еще остается неясным.
Недавнее исследование поставило цель решить эту загадку, изучив важный, но часто игнорируемый фактор — влияние микроэлементов и соединений, в частности никеля и мочевины, на рост цианобактерий.
Ведущий исследователь, доктор Дилан М. Ратнакаке из Института планетных материалов Университета Окаяма в Японии, пояснил: «Создание кислорода было бы огромной задачей, если бы мы когда-либо намеревались колонизировать другую планету. Поэтому мы стремились понять, как маленький микроорганизм, цианобактерия, смог изменить условия на Земле, сделав их подходящими для эволюции сложной жизни, включая нас самих. Полученные знания также создадут новую основу для стратегий анализа образцов для будущих миссий по возвращению образцов с Марса».
К исследованию также присоединились профессоры Рёдзи Танака и Эйзо Накамура из того же института. Результаты исследования были опубликованы в журнале Communications Earth & Environment 12 августа 2025 года.
Для изучения роли микроэлементов и соединений в ранних условиях Земли исследователи провели двухэтапное экспериментальное исследование, моделируя архейские условия (приблизительно 4–2,5 миллиарда лет назад). В первой серии экспериментов смеси аммония, цианида и железных соединений подвергались воздействию ультрафиолетового света (UV-C), что имитировало УФ-радиацию, вероятно достигавшую поверхности Земли до формирования озонового слоя. Эти испытания проверяли, могла ли мочевина, важный источник азота, формироваться абиотически в пребиотических условиях.
Во втором этапе цианобактериальные культуры (Synechococcus sp. PCC 7002) выращивались в контролируемых циклах свет-тьма с варьирующимися концентрациями мочевины и никеля в их среде для роста. Рост отслеживался с помощью оптической плотности и уровня хлорофилла а, чтобы оценить, как эти соединения влияли на размножение.
Из этих выводов исследователи предлагают новую теоретическую модель окисления Земли. На раннем архее высокие концентрации никеля и мочевины действовали как узкие места, удерживая цветение цианобактерий редким и недолговечным. Доктор Ратнакаке объясняет: «Никель имеет сложные, но увлекательные отношения с мочевиной относительно его формирования, а также его биологического потребления, в то время как наличие этих веществ в более низких концентрациях может привести к размножению цианобактерий». Это устойчивое расширение в конечном итоге способствовало долгосрочному выделению кислорода и активировало ВОП.
Реальные последствия этой работы имеют широкий спектр. «Если мы сможем отчетливо понять механизмы увеличения содержания кислорода в атмосфере, это поможет в обнаружении биосигнатур на других планетах», — делится доктор Ратнакаке. «Полученные результаты демонстрируют, что взаимосвязь между неорганическими и органическими соединениями играла ключевые роли в изменениях экологии Земли, углубляя наше понимание эволюции кислорода на Земле и, следовательно, жизни на ней».
За пределами Земли результаты могут помочь в разработке стратегий для обнаружения биосигнатур, поскольку химические маркеры, такие как никель и мочевина, могут влиять на накопление кислорода и, следовательно, на потенциал существования жизни на экзопланетах.
Это исследование раскрывает, как никель и мочевина определяли время эволюции кислорода на Земле. Экспериментально подтвердив продукцию мочевины в архейских условиях и продемонстрировав ее двойную роль, как питательного вещества и потенциального ингибитора при высоких уровнях, исследование перерабатывает наше видение экологических ограничений ранней жизни. В конечном счете, это показывает, что снижение никеля и умеренность мочевины проложили путь для расширения цианобактерий и роста кислорода, предоставляя более четкую картину того, как Земля превратилась в обитаемый мир.
В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
