Продолжая наш цикл о протерозое, нельзя не затронуть такую вещь как "Кислородная катастрофа", она же - "Великое кислородное событие", "Великое окисление". Как так вышло, почему наши предки устроили самый массовый геноцид в истории Земли, а также как они сами чуть не погибли - в этом всём мы разберёмся сегодня.
Давайте представим себе жизнь в ранние эпохи Земли. Где-то плывут нитки РНК, где-то - первые вирусы, ну а рядом уже появляются какие-то одноклеточные (вернее, даже протоклеточные) организмы, у которых ещё не было некоторых органелл и так далее. Да и после появления более-менее современных форм в лице архей и бактерий не было каких-то серьёзных изменений в окружающей среде. Вода насыщена питательными веществами, различными элементами, вулканы регулярно кидают что-то новенькое, а если тебе для жизнедеятельности нужно что-то особенное, то у тебя два выбора: или отобрать это у другого и стать микрохищником, или начать синтезировать самостоятельно.
И вот с синтезом различных веществ тогда обстояло не густо. В основе своей тогда был хемосинтез различных веществ, вроде синтеза на основе серы и метана. Впрочем, ничего подобного тут и нельзя было ожидать: атмосфера Земли тогда была насыщена углекислым, сернистым газами, азотом и благородными газами.
Как мы узнали о составе планеты и том, что кислорода там было не особо много? Да всё просто: по отложениям. В 1970-ых годах американский геолог Престон Клауд заметил большое количество пирита, уранинита, сидерита - минералов, содержащих большого количество восстановленных форм железа или урана, - в отложениях возрастом больше 2 млрд лет. В более молодых слоях эти минералы встречаются реже.
Ещё одним сопутствующим этому периоду типу отложений является "Полосчатое железо". Данный тип формаций выглядят как слоёный пирог, совмещающий железистые окисленные слои со слоями других пород, например, силикатов. Такие окисленные железистые слои характерны для палеоархея-палеопротерозоя, от 3,7 млрд лет до 1,85 млрд лет, достигнув своего максимума в районе 2,5 млрд лет.
Полосчатое железо могло образовываться только в случае поступления двухвалентного железа в водоёмы, где оно окислялось до трёхвалентного оксида железа и выпадало на дно. Постепенно роль восстановителя в морской воде железо утратит, и его заменит марганец: именно его оксиды доминируют в отложениях более молодых, близких к нам эпох. Да и сейчас марганциевые конкреции встречаются на дне достаточно часто.
Появление оксидов на дне можно объяснить одним простым фактором: появился свободный кислородный. А как в воде появляется кислород? Правильно, благодаря фотосинтетикам.
В те далёкие времена не пахло никакими растениями (да и эукариотами вообще), так что первыми фотосинтетиками были две группы - цианобактерии и некоторые археи. Археи, ввиду больше распространённости, чем сейчас, могли составлять в таких сообществах основную массу. А так как у них роль хлорофилла занимает другое вещество - ретиналь, присутствующее у нас на сетчатке, - это привело к так называемой "Гипотезе фиолетовой Земли", согласно которой ретинальные фотосинтетики могли окрасить нашу планету в пурпурные цвета (сам ретиналь имеет красновато-розовую окраску).
Ещё одним свидетельством того, что в воде появился свободный кислород, стали строматолиты - образования, возникшие на месте гигантских колоний фотосинтезирующих бактериальных матов, которые улавливают известковую пыль и окаменевают. Первые строматолиты образуются как раз спустя некоторое время после появления полосчатого железа - около 3,6-3,4 млрд лет.
Кроме строматолитов, железа и пирита, на недостаток кислорода в ранние эпохи Земли указывают изотопы серы. Различаясь по массе, эти изотопы имеют различные химические свойства: кто-то чуть более активный, кто-то имеет повышенную скорость реакций, но в целом всё это не особо значительно. В то же время, есть и процессы, которые не зависят от массы серы. Например, фотодиссоциация - разложение сернистых соединений под действием ультрафиолета. И в слоях возрастом больше 2,5-2,4 мы находим следы этого события, т.е. очень существенный процент УФ-лучей проникал в атмосферу Земли и наводил шороху там. А вот после уже этого мы не наблюдаем, что говорит о формировании Озонового слоя, защищающего Землю от наиболее агрессивных форм ультрафиолета.
Также об этом событии свидетельствует хром: окислы его изотопа, Cr53, который окисляет лучше более лёгких вариаций. Постепенное нарастание хрома-53 в воде показывает, что он свободно окислялся и попадал в неё. А как он попадал туда, ведь вымыть этот металл из пород можно при помощи мощных кислот. Например, серной...
И, вспоминая наличие серных отложений на суше, которые отлично так разрушались Солнышком и говорили о наличии кислорода, можно прийти к интересному выводу. Около 2,5 млрд лет назад на суше уже были первые бактерии-окислители серы, чьи потомки будут так бесить палеонтологов. Они окисляли пирит и др. минералы, порождая серную кислоту, которая вымывала тяжёлые металлы в воду.
Итак, как мы видим, в раннем протерозое началась активная деятельность организмов-окислителей, вырабатывавших кислород. Скорее всего, это были фотосинтетики на хлорофилле и ретинале, которые загнали хемосинтетиков в далёкие-далёкие регионы, под поверхность земли и к чёрным курильщикам. И дело было даже не в том, что подавляющая часть таких организмов не любит большую концентрацию кислорода (мягко говоря не любит - от него она дохнет), а в том, что фотосинтетики гораздо эффективнее своих собратьев. Фотосинтез даёт больше энергии, чем хемосинтез, а значить, можно усложниться или произвести больше потомства, а это даёт массу преимуществ как на близкой, так и на дальней дистанции.
Побочный продукт фотосинтеза - свободный кислород - в первое время накапливался в небольших оазисах, затем - в мелководьях, постепенно погружаясь всё глубже в воду и всё выше в атмосферу. Вскоре вся планета ощутила на себе прелесть кислородного бума: случилось Великое окисление, или же "Первое массовое вымирание в истории", почти полностью истребившее анаэробные формы и загнавшее выживших в труднодоступные места.
Конечно, для существования человека кислорода в атмосфере было преступно мало, однако его хватило для скачка в эволюции одноклеточных. На фоне развития аэробных форм археи и бактерии вступают в симбиоз, порождая эукариот - наших прямых предков. Этому способствовало т.н. событие Ломагунди-Джатули, во время которого произошёл резкий скачок кислорода в районе 2,3 млрд лет. Оценки процентной доли этого газа в данный период времени показывают, что он доходил до современного уровня.
Казалось бы, всё здорово. Эукариоты растут, развиваются, ещё чуть-чуть надо подождать, и мы увидем что-то многоклеточное. Но не тут-то было.
В атмосфере наметился дисбаланс в процентном отношении: парниковые газы оказались в меньшенстве, так что Земля начала хуже задерживать тепло. Добавим к этому одну маааленькую особенность воды в замёрзшем состоянии - способность отражать свет - и получим идеальные условия для глобального оледенения. Вишенкой на торте будет молодое Солнце, чей возраст составлял всего пару миллиардов лет. Светило оно значительно слабее, чем сейчас, так что и растопить льды не могло.
Так прорыв в эволюции чуть не стал братской могилой. Случилось Гуронское оледенение, одно из величайших в природе. Почти вся планета замёрзла, за исключением небольших участков на экваторе. Жизнь притаилась везде, где могла. И в этих оазисах она уже развивалась в новые формы....
Позже это повторится неоднократно...