Skābeklis veido 21% no Zemes atmosfēras, un mums tas ir nepieciešams elpot. Senās baktērijas izstrādāja aizsargājošus enzīmus, kas neļāva skābeklim sabojāt viņu DNS, bet kāds evolūcijas stimuls viņiem bija jādara? Pētnieki ir atklājuši, ka ultravioletā gaisma, kas triecas ledus ledus virsmā, var atbrīvot molekulāro skābekli. Baktēriju kolonijas, kas dzīvo netālu no šī ledus, būtu vajadzīgas, lai attīstītu šo aizsargājošo aizsardzību. Pēc tam viņi bija labi aprīkoti, lai izturētu atmosfēras skābekļa augšanu, ko ražo citas baktērijas, kuras parasti būtu toksiskas.
Pirms divarpus miljardiem gadu, kad mūsu evolūcijas senči bija nedaudz vairāk kā mirdzums baktērijas plazmas membrānā, process, kas pazīstams kā fotosintēze, pēkšņi ieguva spēju atbrīvot molekulāro skābekli Zemes atmosfērā, izraisot vienu no lielākajām vides izmaiņām mūsu planētas vēsture. Organismi, par kuriem tika atzīti atbildīgie, bija zilaļģes, par kurām, kā zināms, ir attīstījusies spēja pārvērst ūdeni, oglekļa dioksīdu un saules gaismu skābeklī un cukurā, un tie joprojām ir zili zaļās aļģes un hloroplasti visos zaļajos augos.
Bet pētnieki jau sen ir neizpratnē par to, kā zilaļģes varētu visu šo skābekli padarīt bez pašiem saindējoties. Lai izvairītos no to DNS sagraušanas ar hidroksilradikāli, kas dabiski rodas skābekļa ražošanā, zilaļģēm būtu bijis jāattīsta aizsargājoši enzīmi. Bet kā dabiskā atlase varēja izraisīt zilaļģu baktēriju attīstību šajos fermentos, ja vajadzība pēc tiem vēl nepastāvēja?
Tagad divas Kalifornijas tehnoloģiju institūta pētnieku grupas piedāvā paskaidrojumu, kā zilaļģes varēja izvairīties no šīs šķietami bezcerīgās pretrunas. Ziņojot Nacionālās Zinātņu akadēmijas (PNAS) 12. decembra publikācijās, kas ir pieejami tiešsaistē šonedēļ, grupas demonstrē, ka ultravioletā gaisma, kas triecas ledus ledus virsmā, var izraisīt saldētu oksidētāju uzkrāšanos un iespējamo molekulārā skābekļa izdalīšanos okeāni un atmosfēra. Šis indes trieciens pēc tam varētu stimulēt skābekli aizsargājošu enzīmu attīstību dažādos mikrobos, ieskaitot zilaļģes. Pēc planētu zinātnes profesora Jukas Junga un Džo Kiršvinka, Van Vgengena ģeobioloģijas profesora teiktā, UV peroksīda šķīdums ir “diezgan vienkāršs un elegants”.
"Pirms skābekļa parādīšanās atmosfērā nebija ozona ekrāna, kas bloķētu ultravioletās gaismas nokļūšanu virsmā," skaidro Kiršvinks. “Kad UV gaisma nonāk ūdens tvaikos, tas daļu no tā pārvērš ūdeņraža peroksīdā, piemēram, daudzumos, ko jūs pērkat lielveikalā matu balināšanai, kā arī nedaudz ūdeņraža gāzes.
“Parasti šis peroksīds ilgstoši nenotiek atpakaļreakciju dēļ, bet apledojuma laikā ūdeņraža peroksīds sasalst vienā grādā zem ūdens sasalšanas punkta. Ja UV gaisma būtu iekļuvusi ledāja virsmā, ledus ledus būtu ieslodzījis nelielu daudzumu peroksīda. ” Šis process šodien notiek Antarktīdā, kad veidojas ozona caurums, ļaujot spēcīgam ultravioletajam gaisam nokļūt uz ledus.
Pirms Zemes atmosfērā nebija skābekļa vai UV ekrāna, ledus ledus būtu plūdis lejup pa okeānu, izkusis un izdalījis nelielu daudzumu peroksīda tieši jūras ūdenī, kur cita veida ķīmiska reakcija peroksīdu pārveidoja atpakaļ ūdenī un skābeklis. Tas notika tālu no ultravioletā starojuma, kas iznīcinātu organismus, bet skābekļa līmenis bija tik zems, ka zilaļģes būtu varējušas izvairīties no saindēšanās ar skābekli.
“Okeāns bija skaista vieta, kur attīstīties skābekli aizsargājošie enzīmi,” saka Kiršvinks. "Un tiklīdz šie aizsargājošie enzīmi bija izvietoti, tas pavēra ceļu gan skābekļa fotosintēzes attīstībai, gan aerobai elpošanai, lai šūnas faktiski varētu elpot skābekli tāpat kā mēs."
Pierādījumi šai teorijai ir iegūti no galvenā autora Danie Liang, nesena planētas zinātnes absolventa Kaltehā, aprēķiniem, kurš tagad atrodas Vides izmaiņu pētniecības centrā Academia Sinica Taipejā, Taivānā.
Pēc Liangas vārdiem, nopietna sasalšana, kas pazīstama kā Makganyene sniegapika zeme, notika pirms 2,3 miljardiem gadu, aptuveni laikā, kad zilaļģes attīstīja savas skābekļa ražošanas iespējas. Sniega bumbiņas Zemes epizodes laikā varēja būt uzkrāts pietiekami daudz peroksīda, lai saražotu gandrīz tikpat daudz skābekļa, cik tagad ir atmosfērā.
Kā papildu pierādījums šis aprēķinātais skābekļa līmenis ir arī pietiekams, lai izskaidrotu Kalahari mangāna lauka nogulsnēšanos Dienvidāfrikā, kur ir 80 procenti no mangāna ekonomiskajām rezervēm visā pasaulē. Šī atradne atrodas uzreiz virs Makganyene sniega bumbiņas pēdējās ģeoloģiskās pēdas.
"Mēs kādreiz domājām, ka tas bija zilaļģu zieds pēc šī apledojuma, kas izmeta mangānu no jūras ūdens," saka Liangs. "Bet, iespējams, tas vienkārši bija skābeklis, kas rodas no peroksīda sadalīšanās pēc sniega pikas, kas to izdarīja."
Papildus Kirschvink, Yung un Liang, citi autori ir Hyman Hartman no MIT Biomedicīnas inženierijas centra un Roberts Kopps, Caltech ģeobioloģijas doktorants. Hartmans kopā ar Krisu Makkeju no NASA Ames pētījumu centra bija agri aizstāvji par lomu, ko ūdeņraža peroksīds spēlēja skābekļa fotosintēzes izcelsmē un attīstībā, taču viņi nevarēja identificēt labu neorganisko avotu tam Zemes pirmskambaru vidē.
Oriģinālais avots: Caltech News Release
