В ранней истории Земли, несколько миллиардов лет назад, в атмосфере и океанах существовали лишь следы кислорода. Нынешние дышащие воздухом организмы не могли бы существовать в таких условиях. Изменение было вызвано фотосинтезирующими бактериями, которые производили кислород в качестве побочного продукта - в огромных количествах. Слои горных пород возрастом 2,5 миллиарда лет на нескольких континентах дали указания на то, что именно тогда произошло первое значительное увеличение доли кислорода в атмосфере.
Теперь, работая с международными коллегами, доктором Бенджамином Эйкманном и профессором Ронни Шенбергом, геохимики-изотопы из Университета Тюбингена обнаружили слои в бассейне реки Понгола в Южной Африке, которые свидетельствуют о производстве кислорода бактериями еще 2 года назад.97 миллиардов лет назад. Это делает Бассейн самым ранним известным домом для производящих кислород организмов, известным как кислородный оазис. Исследование было опубликовано в последнем журнале Nature Geoscience..
Условия на Земле около трех миллиардов лет назад были, мягко говоря, негостеприимными. Атмосфера содержала лишь одну стотысячную часть кислорода, которым она обладает сегодня. Первобытные океаны почти не содержали сульфатов; но они содержали большое количество двухвалентного железа. Когда бактерии начали производить кислород, они сначала могли связываться с другими элементами, но начали обогащать атмосферу в результате массивного выброса кислорода около 2,5 миллиардов лет назад.
«Мы можем видеть это в исчезновении восстановленных минералов в отложениях на континентах. Определенные следы серы, которые могут образовываться только в атмосфере с низким содержанием кислорода, больше не обнаруживаются», - говорит Бенджамин Эйкманн, исследователь. ведущий автор исследования. Это событие, которое можно охарактеризовать как глобальное загрязнение окружающей среды, вошло в историю Земли как Великое событие насыщения кислородом. Это была катастрофа для ранних типов бактерий, которые развивались в условиях низкого содержания кислорода; кислород их отравил. «Однако после первого большого подъема в атмосфере содержалось всего 0,2% кислорода, сегодня - около 21%», - объясняет Эйкманн. Подверженные воздействию атмосферы, содержащей все большее количество кислорода, континенты подвергались усиленной эрозии. Это привело к тому, что в океаны попало больше микроэлементов. Улучшение снабжения питательными веществами, в свою очередь, привело к увеличению количества форм жизни в морях.
Серные подписи как архив истории Земли
В своем текущем исследовании исследователи изучили отложения возрастом 2,97 миллиарда лет, отложившиеся в бассейне Понгола на территории современной Южной Африки. По соотношению изотопов серы (в частности, по соотношению 34S/32S) в отложениях исследователи могут сделать вывод, что бактерии использовали сульфат в первобытных морях в качестве источника энергии, восстанавливая его химическим путем.
«Сульфат - это форма окисленной серы. Более высокая концентрация сульфата в воде указывает на то, что на мелководье бассейна Понгола должно было присутствовать достаточное количество свободного кислорода», - говорит Ронни Шенберг. Этот свободный кислород должен был производиться другими фотосинтезирующими бактериями. В то же время другая изотопная характеристика серы (соотношение 33S/32S) в этих отложениях указывает на сохраняющуюся восстановленную, очень низкокислородную атмосфера.
Это делает бассейн Понгола старейшим из известных на сегодняшний день кислородных оазисов. Кислород накапливался в воде задолго до Великого события оксигенации, объясняет Шенберг. Несколько сотен миллионов лет спустя неуклонно растущий уровень кислорода привел к к окислению атмосферы, и именно это сделало жизнь на Земле во всем ее многообразии, какой мы ее знаем сегодня, даже возможной.