Железо - это важнейшее питательное вещество, которое требуется почти всем живым существам для роста и процветания. Важность железа восходит к формированию планеты Земля, когда количество железа в каменистой мантии Земли было «установлено» условиями, в которых сформировалась планета, и в дальнейшем имели серьезные последствия для развития жизни. Теперь ученые из Оксфордского университета раскрыли вероятные механизмы, с помощью которых железо влияло на развитие сложных форм жизни, которые также можно использовать для понимания того, насколько вероятны (или маловероятны) развитые формы жизни на других планетах. Работа опубликована сегодня в PNAS.
«Первоначальное количество железа в горных породах Земли «устанавливается» условиями планетарной аккреции, во время которой металлическое ядро Земли отделилось от ее каменистой мантии», - говорит соавтор Джон Уэйд, доцент кафедры планетарных материалов. на факультете наук о Земле Оксфордского университета. «Слишком мало железа в каменистой части планеты, такой как планета Меркурий, и жизнь маловероятна. Слишком много, как на Марсе, и воды может быть трудно удержать на поверхности в течение времени, необходимого для эволюции сложной жизни».
Изначально состояние железа на Земле было бы оптимальным для обеспечения удержания воды на поверхности. Железо также должно было быть растворимо в морской воде, что делало его легкодоступным для того, чтобы дать простым формам жизни толчок в развитии. Однако уровень кислорода на Земле начал повышаться примерно 2,4 миллиарда лет назад (так называемое «Великое событие оксигенации»). Увеличение содержания кислорода вызвало реакцию с железом, в результате чего оно стало нерастворимым. Гигатонны железа выпали из морской воды, где оно было гораздо менее доступно для развивающихся форм жизни.
«Жизни пришлось искать новые способы получения необходимого ей железа», - говорит соавтор Хэл Дрейксмит, профессор биологии железа в Институте молекулярной медицины MRC Weatherall Оксфордского университета. «Например, инфекция, симбиоз и многоклеточность - это поведение, которое позволяет жизни более эффективно захватывать и использовать это дефицитное, но жизненно важное питательное вещество. Принятие таких характеристик привело бы к тому, что ранние формы жизни стали еще более сложными, на пути к тому, что мы видим вокруг себя сегодня».
Потребность в железе как движущей силе эволюции и последующее развитие сложного организма, способного усваивать малодоступное железо, может быть редким или случайным явлением. Это влияет на то, насколько вероятны сложные формы жизни на других планетах.
«Неизвестно, насколько распространена разумная жизнь во Вселенной», - говорит профессор Дрейксмит. «Наши концепции подразумевают, что условий, поддерживающих зарождение простых форм жизни, недостаточно, чтобы также обеспечить последующую эволюцию сложных форм жизни. Может потребоваться дальнейший отбор по серьезным изменениям окружающей среды - например, как жизни на Земле нужно было найти новый способ доступа к железу. Такие временные изменения в планетарном масштабе могут быть редкими или случайными, а это означает, что вероятность существования разумной жизни также может быть низкой.
Однако знание того, насколько важно железо в развитии жизни, может помочь в поиске подходящих планет, на которых могли бы развиваться формы жизни. Оценивая количество железа в мантии экзопланет, теперь можно сузить поиск экзопланет, способных поддерживать жизнь.