Как цианобактерии (предшественники растений) сделали нам атмосферу, и как уничтожили всю планету. Ну почти.
Добро пожаловать, дорогие отважные друзья, в наш ботанический кошмар!
Вы думаете, что растения - это такие домашние сюсеньки? Чуть перелил, чуть недолил - оно померло, бедняжка? Ха-ха, как бы не так. Нет, конечно, есть среди них неженки и привереды. Но в целом растения - это такая силища, которая планеты изменяет покруче гигантского астероида!
Вот сейчас я вам расскажу уже наконец Очень Страшную Историю. Можете отодвинуть от наших чёрных экранов детей - а лучше, наоборот, придвиньте. Будет познавательно.
Сразу скажу вот что. Растения - это не бактерии. Но. Фотосинтез впервые появился у бактерий. Их даже специально называют цианобактрии. Или сине-зелёные водоросли. Хотя они и не водоросли никакие. И речь сейчас будет именно про них. а причем тут растения? А при том, что хлоропласты наших растений - это как раз и есть те древние цианобактерии, которые стали жить в клетке. Так что история всё-таки про растения в конечном итоге.
Краткое содержание предыдущих серий
В позапрошлой серии нашего Космического ужастика мы познакомились с парниковым эффектом и побывали на планетах, где его нет совсем, где он слабенький и хиленький, и где он ого-го! А потом вернулись на нашу прекрасную Землю, которая по сравнению с этими бедолагами умница и заботница.
Но так было не всегда.
Когда-то, примерно 4 с небольшим миллиарда лет назад, тепличными условиями на нашей планете и не пахло. Только-только испечённая в космической духовке из планетарных зародышей, наша планета была огненным шаром, окруженным перегретым водяным паром и разными ужасными газами. Например, аммиаком, водородом и метаном. А что, всем давали газов одинаковый набор - и маленькому Меркурию, и Земле, и Марсу, и Венере.
В общем, Земля ничем не лучше была. Кислорода там не было ни вот такой граммулечки.
Потом планета помаленечку стала остывать, остывать, остывать, и на ней начала постепенно из водяного пара конденсироваться вода. И сделались из воды океаны - вернее, один огромный океан на всю планету. Вот уж где воистину Всемирный потоп! Ни кусочка суши! Правда, потом вулканы вылезли из него постепенно. Представляете? Один кипящий океан, из которого торчат вулканы, а над ним атмосфера из водорода и аммиака с метаном. Фффууу!
А ещё же знаете? Молнии! Дыдыщ! Дыдыщ! Шарашат в этот океан день и ночь.
Бр-р-р-р! Ужас.
- Атмосфера из водорода, , метана и аммиака - восстановительная. Там охотно идут восстановительные реакции, а окислительные - нет.
Но время, сами знаете, самые горячие головы остудит. Остудило и эту. Постепенно все успокоилось. Но за это время в нашем кипящем океане, как в котле, успел свариться космический бульончик. Сами по себе появились из тех ужасных газов, водяного пара и молний сложные органические вещества, из которых все живые организмы построены - сахара, аминокислоты, нуклеотиды. А там и до возникновения жизни рукой подать - всего-то каких-то полмиллиарда лет.
Это мы как раз вот тут обсуждали с вами.
Жизнь эта по-первости была немудрящей. Какая-никакая мембрана, а внутри всякие молекулы, какие туда запрятались. Эти штуки, которых и живыми-то язык не повернётся назвать, назывались коацерваты. Ну, помните же.
Архейская эра и археи
Коацерваты - такие пузыри в воде. Ну они такие, конечно, вид делали, что живые. Поймают молекулу какую-нибудь в окружающем их бульончике, внутрь затащат - и вроде как поели. Потом кусок мембраны плавающий рядом к себе прилепят - и вроде как расширились, подросли. И хотя они и малипуськи были, в масштабах-то огромной планеты, но все равно за миллионы лет всё, что в воде плавало, к себе поперетаскали. Вот такие они были, те ещё барахольщики.
Очень были печальные времена.
И всё, нечего стало тащить! Теперь, если что-то понадобится, придется у кого-то силой отнимать. Как в том анекдоте - "Выбирай - или слияние, или поглощение!".
Пришлось срочно обзавестись клеточной стенкой. А то не ровен час сожрут!
Это уже получились не просто какие-то непонятные пузыри, с клеточной-то стенкой. Это были уже нормальные бактерии и археи.
Археи - это такие оооочень древние микроорганизмы, отчасти похожие на бактерии, а отчасти - на наши с вами клетки. Они, по большей части, экстремофилы - то есть живут в самых дурацких условиях. Например, почти в в кипятке. Или на дне океанских впадин, где давление в 100 раз выше нашего, полная темнота и вечная ночь. Или в желудках коров, например. Или даже в наших с вами кишечниках!
А появились они тогда, в те далёкие времена, три с половиной миллиарда лет назад.
Даже эру в честь них назвали - Архейской. Или их - археями в честь Архейской эры?
Ну, в общем, как-то так.
А потом какой-то из предприимчивых бедолаг научился делать нужные вещества самостоятельно. "Ну вас, - решил. - Сами там друг друга жрите! А я буду жить себе спокойно, без вот этого всего". И ведь сперва честно пытался никому не вредить. Устроил себе сперва хемосинтез, от которого ничего плохого не происходит. А отходы только в виде соединений железа, магния, марганца... золота... урана... Все они тяжелые, поэтому потихоньку оседали на дно и делали залежи металлических руд.
Коллега Кот-ученый не даст соврать
Прикиньте? Залежи металлических руд - и железных, и марганцевых, и золотых, и даже уран и всякие литий с прочими редкоземельными - их из воды осадили бактерии. Вот так, нет бактерий - нет никаких руд. Ну или сидят металлы в ядре в расплавленном виде. И достать их оттуда - без шансов.
Но беда металлов в том, что они осели - и всё. И нет их больше в воде. А кушать по-прежнему хочется. И бактерии подумали-подумали, и решили все-таки перейти на фотосинтез.
Кто-то из них как раз где-то нашёл хлорофилл...
Фотосинтез
Хлорофилл - это главный пигмент кислородного фотосинтеза. С его помощью из воды и углекислого газа с использованием энергии солнечного света можно сделать органические вещества. В том числе и строительные кирпичики для наших организмов. Любые!
Но вы же уже знаете, что при фотосинтезе мало того, что творятся Очень Страшные Дела, так еще и кислород выделяется в качестве отхода производства. Из одной клетки немного, самую малость - но выделяется. Но у эволюции-то всё время мира. Вечность практически. А за вечность самая малость может вырасти в громадину...
Бактериям что? Они живут-то всего ничего. Выросла, поделилась - и вот уже новый организм, вернее - два. Что тут о каком-то кислороде думать, а тем более о вечности.
Вот они не думали.
А кислород всё копился... копился... копился...
А в то же время в восстановительной (бескислородной) атмосфере спокойно жили-поживали всякие бактерии и археи. Они, между прочим, были ребятами очень компанейскими. Всё время устраивали всякие кооперативы.
Один из таких кооперативов вы, конечно, знаете. Это чайный гриб. Там одни бактерии или дрожжи делают спиртовое брожение - извлекают энергию при переработке сахара, а отходы у них углекислый газ и этиловый спирт. Но спирт их самих быстро отравит, поэтому они позвали других друзей - уксуснокислые бактерии. Те как раз спирт перерабатывают для получения энергии, а отходом у них служит уксусная кислота. Там ещё какой-то компонент, который собственно тело этого "гриба" делает, но я забыла. А в мусорной сети Интернета сейчас ничего толком не найдешь, одни домыслы. Ладно, потом найду надёжный источник и вам расскажу. Мы же с вами умные, мы ерундой не занимаемся.
Ну вернёмся в Архейскую эру.
Метаногены и парниковый эффект
Были там такие бактерии - метаногены. Они брали углекислый газ из воздуха, и прикручивали к нему водород, который с избытком производили всякие соседи, разлагающие органические вещества. А метаногены от него избавляли, делали себе энергию из углекислого газа и водорода, попутно превращая их в метан. А метан, вы помните - парниковый газ. И он в 30 раз круче в этом отношении, чем углекислый.
А тут знаете ещё что? Солнышко наше в те времена совсем хиленькое было. Светило так себе. А тепло у нас на Земле было только потому, что она ещё остыть не успела после космической духовки. И надо было срочно одеялко делать потеплее, а то не ровен час замёрзнешь долгими зимними ночами! Вот тут-то метаногены очень были кстати. Они понемногу напустили в атмосферу метана, и на Земле продолжался тропический рай, когда на других планетах уже было чёрте-что.
А тут эти хлорофильщики!
Беда в том, что метаногены - анаэробы. Они появились и жили (и теперь живут!) в бескислородных условиях. Кислород для них - яд №1! А тут атмосфера помаленечку начинает обогащаться кислородом.
Цианобактерии, которые всё испортили/улучшили (нужное подчеркнуть)
А вот цианобактерии, которые ещё (неправильно) называют сине-зелёными водорослями, - наоборот, процветали! Они спокойно фотосинтезировали, делали из воды и углекислого газа себе и окружающим органические вещества. Никто и не подозревал, что они окажутся такими опасными!
Опять же - ну что там какие-то бактерии? А в масштабах всей планеты да ещё помноженных на миллиард лет... Это ого-го какая сила.
А между тем атмосфера понемногу обогащалась кислородом, пока так не обогатилась, что стала окислительной. А это совсем, совсем другое дело! В окислительной атмосфере, например, железо тут же начинает ржаветь - в то время как в восстановительной оно лежало бы себе и лежало. И большие сложные молекулы в кислородной атмосфере быстро окисляются тем самым кислородом. И больше не могут сами по себе образовываться, как раньше.
Но самое ужасное - что всё живое-то было тогда тоже бескислородное! Все процессы у них сделаны были для анаэробных условий. И на Земле - а вернее, в воде, земли-то никакой ещё не было - всё живое начинает умирать.
И метаногены тоже....
Большое кислородное событие, или Первая экологическая катастрофа
Это называется Большое кислородное событие. А можно было бы назвать - Большая кислородная катастрофа. Но... историю пишут победители, как мы знаем. И с нашей, кислородной колокольни, цианобактерии всё сделали хорошо и правильно. Потому что без кислорода многоклеточная жизнь невозможна. Ну и нас с вами не было бы.
Ну а с точки зрения анаэробов это, конечно, было печальное событие... Но надо понимать, что оно не в одночасье произошло. Поэтому какие-то долго сохранялись в глубинах, куда кислород пока не проник.
А другие вообще взяли и научились жить в кислородной среде. И, как это часто бывает, новые условия чем-то и лучше старых. И даже очень сильно, как оказалось, лучше! (Об этом обязательно будет другая история.)
А что же наши метаногены? А они всё, никуда не приспособились. Остались то тут, то там, по глубинам и закоулкам, но не в таком количестве. И перестали делать метан в нужных объёмах. А углекислый газ потихонечку растащили фотосинтезирующие товарищи. И его стало меньше, меньше... а метана не прибавлялось... Даже убавлялось, потому что были и такие, которые метан как раз ели, а выделяли углекислый газ. А его подбирали цианобактерии и делали из него органические вещества для себя и остальных сотоварищей.
В общем, парниковых газов становилось всё меньше и меньше. И наша планета начала остывать... остывать, остывать, остывать - и совсем замёрзла!
Совсем.
В лёд.
Земля-снежок
Самые ужасные оледенения в истории нашей планеты носят поэтическое название Земля-снежок (Snowball Earth). И самое первое и самое ужасное из них называется Гуронское оледенение.
Знаете же, что чистый снег долго не тает. Потому что он солнечные лучи отражает. В космических масштабах это называется альбедо. Отражательная способность целой планеты. И альбедо нашей замёрзшей Земли сильно повысилось. И ту малость, что наше худосочное Солнышко нам тогда посылало, блестящая ледяная поверхность с радостью отражала обратно! Парниковых газов минимум. Так ещё и облаков-то не было - вся вода же замёрзла. Так что тощенькое одеяльце, в которое куталась планета, было всё в дырах. И лёд, который сперва был только на поверхности воды, становился толще и толще. И так бы вся вода постепенно замёрзла. Даже на экваторе царила антарктическая стужа. В прямом смысле. И превратилась бы наша планета в очередной безжизненный космический булыжник.
По-честности если, там ещё и геологические процессы шли, которые углекислый газ туда-сюда тусовали. Но биологические, как полагают биологи, были круче.
Гуронское оледенение приключилось примерно 2,4 миллиарда лет назад, и длилось около 300 миллионов лет.
Вот такие они, геологические масштабы! Триста миллионов лет Земля в виде ледяной глыбы. А сейчас в мае снег выпадет, так мы сразу в слезы!
В тот раз положение спасли вулканы. То есть сама Земля-матушка. Может лёд тяжелый хорошенько на литосферу надавил, может она сама подшуровала в своей печке - но пыхнули вулканы хорошенечко и наполнили атмосферу и метаном, и углекислым газом.
И лёд стал понемногу таять.
А по утру они проснулись...
После того, как льды растаяли, жизнь пошла совсем другая. Просто новая эра началась! И на самом деле началась. Протерозойская.
В насыщенной кислородом атмосфере получили преимущество совсем другие организмы. Более того, на тех участках суши, которые обнажились после замерзания полюсов, а потом начали оттаивать, горные породы активно разрушались, высвобождая в океаны множество фосфатов, нитратов и других минеральных компонентов, которые - чувствуете? - были, на наши слова, удобрениями.
И цианобактерии с радостью рванулись в рост! И стали фотосинтезировать как не в себя. И кислорода в атмосфере стало не много, а ОЧЕНЬ много. А другие организмы тоже научились использовать кислород. Ну, те кто научился - тот и выжил. И стал процветать. И как давай эволюционировать! Как давай делать многоклеточные формы! И потом - БАБАХ! Кембрийский взрыв.
Так началась очередная новая эра в истории нашей планеты. Палеозойская. С Кембрийского взрыва. Но не пугайтесь. Это не настоящий взрыв! Это просто практически, по геологическим меркам, мгновенное возникновение огромного количества видов животных и растений в Кембрийском периоде. Как будто кто взял и вытряхнул громадный мешок всего живого на нашу планету.
И так и было. Этот кто-то - Эволюция.
И там потом снова растения набедокурили! Опять намудрили с парниковыми газами! Правда, им в этом и животные здорово помогли. И я вам расскажу, как. Совсем скоро! По геологическим меркам так точно.
А сейчас я... нет! Не детей учить! Сейчас я журнал делать иду, наш Евразиатский энтомологический журнал. Я ж энтомолог, помните? Вот такая у вас многозадачная Ллама! Так что оставайтесь! Скучно точно не будет. А будет весело. И познавательно вне всякого сомнения.
Ваша Лл.