Эта история произошла давным-давно, в те стародавние времена, когда земная кора была тонкая, как гора Монблан, и покрывал её первичный океан. Из океана того вулкан глядит, сероводородом ядовитым смердит, лаву из недр выжимает, а она в воду стекает, с шипеньем там застывает, таким образом, сушу созидает, а сушу ту волны размывают и в отмель мелкую собирают...
То была присказка, пролог. А теперь - сказка.
В месте неизведанном, во время неопределённое жила-была на такой вот отмели одна неизвестная науке бактерия. Питалась она незнамо чем, выделяла незнамо что и делилась беспрестанно, размножая своих клонов в огромном количестве. Жила она таким манером долго, очень долго... И вдруг - бац! В её ДНК произошла серия генетических сбоев. Поглядела бактерия на то, что с её геномом сотворилось, и пришла ей в голову одна мысля гениальная: а что, если эти мутации обратить себе на благо, чтобы для добычи энергии использовать не всякую там химию, от которой плазмолемма вянет, а солнечные лучи чистые?
Подумала-подумала бактерия над этой идеей - и начала заниматься фотосинтезом. Стала по-новому жить и размножаться. А что? Жизнь с новыми мутациями - ништяк, вкалывать на дне в поисках пропитания не надо, всё, что нужно - это вода, углекислый газ, чуток растворённых в воде минералов и солнце. А уж этого добра засегда и везде у поверхности много.
Сказка - ложь, да в ней намёк. Действительно, так примерно и появились на земле первые цианобактерии. По сути своей они оставались обычными микробами, но к их умениям прибавилась способность добывать энергию из солнечного света путём хитрой системы химических реакций. После этого они существовали долго и счастливо, продолжая эволюционировать и образуя множество различных удивительных форм. Помимо зелёных хлорофиллоподобных пигментов, они начали активно использовать красные и синие вещества, что сделало их более яркими и разноцветными.
А некоторые цианобактерии научились жить крупными сообществами - колониями. Если такая колония селилась на твёрдом камне, то под ней постепенно формировались известковые отложения из какашек продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, которые в итоге образовывали этакий необычный каменный нарост - строматолит. Эти образования во множестве обнаруживаются в морских отложениях возрастом от 2,5 до 0,6 миллиардов лет.
Некоторые цианобактерии так живут и в наше время. Вот, на пример, современные строматолиты у берегов Австралии:
Но была у цианобактерий одна проблема, из-за которой жизнь на земле в один прекрасный момент чуть не кончилась. Это - кислород, который для всех организмов в те времена был страшным ядом. Как известно, он - один из основных продуктов фотосинтеза.
Долгое время создавшуюся экосистему от катастрофы спасала высокая концентрация растворённого в воде железа. Кислород, попадая в море, окислял его, и они вместе оседали на дно. За миллионы лет таким образом сформировались гигантские многометровые слои железной руды (кстати, именно это железо мы сейчас добываем в карьерах). Но однажды наступил момент, когда этого металла в воде осталось так мало, что оно уже не могло остановить загрязнение океанов и атмосферы новым агрессивным элементом. И началось большое вымирание.
Конечно, вымерли не все бактерии. Некоторым удалось нейтрализовать токсичное воздействие кислорода на свою клетку и даже обратить его окислительную мощь себе во благо. И это был огромнейший рывок вперёд. Благодаря нему появилась возможность творить невероятные вещи. На пример, за счёт энергии окисления завести свой жгутик на максимальные обороты и перебежать на более приятное место. Ну, или даже кого-нибудь догнать и сожрать... Пожирание друг друга, кстати, ещё сыграет в развитии растений ключевую роль.
Кислородный шок - это не единственное испытание, которое выпало на долю цианобактерий. В истории земли, которая насчитывает примерно 5 миллиардов лет, известны и другие катастрофы, не менее страшные, чем это. Так, по геологическим данным, Земля за свою историю 4 или 5 раз полностью покрывалась льдом и снегом на миллионы лет, превращаясь в этакий снежок.
Особенно страшным и затяжным было последнее глобальное оледенение, начавшееся приблизительно 720 миллионов лет назад и длившееся, по разным оценкам, от 30 до 80 миллионов лет. Этот период истории планеты так и назван - криогений (др.-греч. κρύος — ледяной холод, мороз и γένεσις — рождение). Что интересно, одной из причин этого безобразия стали сами цианобактерии. Ведь они в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ. А он оказывает парниковый эффект, сдерживая солнечный свет у поверхности планеты и, таким образом, не давая ей переохладиться.
Как же выживали зелёные фотосинтезирующие микробы в столь суровое время? Очень просто. Они приспособились обитать прямо в верхних слоях покрывших землю ледников. Да, существовать там чрезвычайно трудно - холодно, темновато и вечно чего-то не хватает. Однако, это стало возможным благодаря тому, что метаболизм микроорганизмов от холода сильно замедляется, и в этом режиме им хватает того немногого, что проникет под лёд. Подобные "морозные" цианобактерии и сейчас обитают во всех крупных ледниках Земли.
Что самое удивительное, в итоге от этого оледенения фотосинтезирующие организмы только выиграли. Пока они влачили жалкое существование во льдах, уровень углекислого газа в атмосфере из-за вулканической активности вырос аж до 13%. И когда лёд наконец треснул, освободив океаны из своих холодных объятий, цианобактерии размножились в невероятных количествах и начали утилизировать углекислоту, взамен выделяя кислород. В результате уровень его содержания в атмосфере резко подскочил до 15 - 20%, что спровоцировало эволюционный взрыв, породивший сначала эукариотические формы жизни, а потом и всякую многоклеточную биоту, которой необходимо высокое содержание кислорода для нормальной жизнедеятельности.
Таким образом, цианобактерии не просто смогли преодолеть множество жизненных трудностей и выжить. Они ещё сделали наш мир таким, каким мы его знаем. Вдобавок, они сыграли ключевую роль в появлении таких форм жизни, как водоросли и высшие растения...
Если вам понравилось - ставьте лайк и подписывайтесь. Я периодически кидаю что-нибудь интересное. А так, как мне лень писать длинное заключение, то - до встречи в следующей статье!
Источники заимствованных изображений: рис. 2
Статья перенесена с моего старого блога на golos.io. Подтверждение, что это мой блог, см. тут.