Сделайте глубокий вдох. Воздух, которым вы дышите, жизненно важен для жизни, какой мы ее знаем. Его состав может немного варьироваться в зависимости от места, но, скорее всего, он состоит примерно из 78% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, 0,05% углекислого газа и множества других малых газов, составляющих остальную часть. Мы, люди, специально эволюционировали, чтобы процветать с этим сочетанием элементов в воздухе. Незначительные отклонения, такие как подъем на высоту или влажные дни с большим количеством воды, допустимы. Но любое значительное отклонение от этого соотношения, и мы долго не проживем.
Однако наша планета была не всегда такой. Ранняя Земля сформировалась как вращающаяся масса пыли около 4,5 миллиарда лет назад. По мере того как она медленно конденсировалась в планету, ее атмосфера в основном состояла из метана и аммиака. Это сочетание также встречается на газовых гигантах нашей Солнечной системы, таких как Сатурн и Юпитер. Как вы могли догадаться, эти газы токсичны и очень опасны для большинства форм жизни. Мы бы умерли почти мгновенно, если бы вдохнули эти атмосферы.
Когда кора Земли затвердела, поверхность постепенно начала остывать. Водяной пар начал выпадать на поверхность в виде жидкости, и так образовались океаны Земли. В этот период Земля была почти полностью покрыта водой. Тектонические плиты начали двигаться, вызывая экстремальный вулканизм по всей планете. Эта вулканическая активность, наряду с частыми столкновениями астероидов, резко изменила атмосферу ранней Земли. Теперь состав становился более знакомым. Уровни метана и аммиака снизились, а углекислый газ и азот стали намного более распространенными. Но где весь кислород?
Изменения, которые я упомянул, произошли из-за массивных столкновений, формирования планеты и вулканической активности. Эти события принесли новые элементы и сильно изменили атмосферу. Тем временем, они создали планету, покрытую океаном, богатым питательными веществами и с относительно стабильной, разумной температурой. Это были отличные условия для зарождения жизни.
Мы думаем, что жизнь возникла около 3,7 миллиарда лет назад. Долгое время эволюция шла чрезвычайно медленно. Эта ранняя жизнь была крошечной и не требовала кислорода для существования. Это называется анаэробной жизнью, и она все еще существует в некоторых скрытых уголках нашей планеты. Со временем эти виды становились все сложнее, и начали эволюционировать организмы, которые могли получать энергию из фотосинтеза.
Фотосинтез был идеальной эволюционной хитростью для жизни на Земле в то время. Наша атмосфера была буквально насыщена углекислым газом, и организмы, которые могли его использовать для производства энергии, были чрезвычайно успешными! Атмосфера была богатым источником топлива для этих ранних фотосинтезаторов. Мы считаем, что первыми организмами, которые это делали, были формы цианобактерий, которые эволюционировали около 3,5 миллиарда лет назад.
Цианобактерии все еще чрезвычайно распространены сегодня и считаются одними из самых успешных организмов всех времен. Мы можем проследить их историю через уникальную геологическую особенность, называемую строматолитами. Когда цианобактерии живут и умирают, они производят липкие соединения, которые сливаются с камнями и песком. Со временем эти склеенные камни слипаются и образуют большие структуры. Мы можем использовать строматолиты, чтобы увидеть, как долго существуют цианобактерии. На фотографии ниже показан окаменелый строматолит, датируемый 3,5 миллиарда лет назад, найденный в Западной Австралии. Строматолиты все еще существуют сегодня и их можно найти в некоторых местах по всему миру. Обычно их находят на уединенных пляжах.
Я упомянул, что цианобактерии были успешными. Они были настолько успешными, что оказали огромное влияние на жизнь по всему миру и, вероятно, стали причиной одного из крупнейших массовых вымираний! Это называется Великим кислородным событием. Хотя нам нужен кислород для существования, многие организмы в то время не могли справиться с его увеличивающейся концентрацией в атмосфере. Для них кислород был фактически ядом, и они быстро вымерли.
Это изменение в атмосфере имело серьезные последствия. Кислород заменил большую часть метана и углекислого газа, которые ранее доминировали на нашей планете. Оба являются парниковыми газами, и по мере того как они становились менее распространенными, планета резко остывала. Это, вероятно, вызвало крупный ледниковый период. Кроме того, часть кислорода превратилась в озон, который является мощным щитом от УФ-излучения. Организмы теперь меньше беспокоились о вредных космических лучах. Без этого изменения мы едва ли могли бы выходить на улицу, не обжигая кожу.
Увеличение кислорода было также критически важным для истории человечества. Жизнь всегда эволюционирует, чтобы использовать окружающую среду. С более высокими уровнями кислорода в атмосфере, организмы начали использовать его в своих интересах. Ранние эукариоты эволюционировали и начали превращать кислород обратно в углекислый газ через дыхание. Люди являются прямыми потомками этих пионерских организмов. Без этого значительного изменения в химии нашей планеты мы никогда бы не существовали.