• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
19 февраля
Игорь Байдов
7
5 872

Древний океан окрасил Землю в зеленый на 2,5 миллиарда лет

6.1

Три миллиарда лет назад наша планета могла выглядеть не бледно-голубой, какой ее видят сегодня из космоса аппараты, а иметь совсем другие оттенки. Ученые нашли связь между железом в океане, эволюцией бактерий и цветом Земли в прошлом.

зеленая вода
Вода вокруг японского острова Ио, который представляет собой часть архипелага Кадзан, окрашено в зеленый цвет из-за высокого содержания железа / © Taro Matsuo et al. (2025)

Цианобактерии — группа фотосинтезирующих бактерий. Как и растения, они способны превращать солнечную энергию в химическую и выделять кислород как побочный продукт фотосинтеза. Эти организмы считаются одними из древнейших форм жизни на Земле: их следы обнаружены в виде строматолитов (донные отложения, созданные цианобактериями, окаменевшие бактериальные маты древности), которым более 3,5 миллиарда лет, что свидетельствует об их существовании уже на ранних этапах эволюции нашей планеты.

У растений центральный элемент фотосинтеза — хлорофилл — пигмент, который находится в хлоропластах клеток. Он поглощает свет в синих и красных областях спектра и отражает зеленый. Именно отражение зеленого света делает листья растений зелеными.

Хлорофилл есть и у цианобактерий, а у некоторых видов еще и группа дополнительных водорастворимых пигментов — фикобилинов. В состав этой группы входит фикоэритробилин, который поглощает свет в зеленой и желтой областях спектра, с длинами волн примерно от 495 до 570 нанометров.

Команда японских ученых под руководством Таро Мацуо (Taro Matsuo) из Нагойского университета задалась двумя вопросами: зачем цианобактериям нужны дополнительные пигменты (фикоэритробилин), если у них уже есть хлорофилл? Что наличие таких пигментов может говорить о среде, в которой развивались первые фотосинтезирующие организмы? Исследователи провели серию экспериментов и симуляций, чтобы понять, как древний океан, который миллиарды лет назад почти полностью покрывал поверхность Земли, повлиял на эволюцию цианобактерий.

По словам Мацуо, во время архейского эона — один из четырех эонов истории Земли, охватывающий промежуток времени от четырех до 2,5 миллиарда лет назад — океан был насыщен гидроксидом железа (Fe(OH)₃). Это вещество чем-то напоминает ржавчину — рыхлое, коричневато-красное.

Мацуо и его коллеги провели моделирование, чтобы узнать, какое количество гидроксида железа могло быть в то время в океане, и определить область спектра, которая была необходима для фотосинтезирующих организмов. Ученые использовали компьютерные модели, позволяющие «воссоздать» условия, похожие на условия в архее.

Анализ показал, что в архейском океане находилось так много гидроксида железа, что он действовал как гигантский фильтр: поглощал свет в синей области спектра. Вода, в свою очередь, поглощала свет в красной области спектра, как и сейчас. Зеленый свет должен был оставаться «неуязвимым» и мог проникать в глубины. Ученые пришли к выводу, что с большой долей вероятности в глубины проникал зеленый свет в диапазоне длин волн, который сегодня поглощается дополнительными водорастворимыми пигментами цианробактерий — фикобилинами.

Однако моделирование — это только часть работы. Чтобы убедиться в своей правоте, исследователи провели эксперимент. Они попытались вырастить в лаборатории под разным светом несколько видов цианобактерий (с фикоэритробилином и без него). Те цианобактерии, у которых были фикоэритробилин, расли в разы быстрее «обычных» под воздействием зеленого света (в диапазоне длин волн, который, предположительно, проникал в глубины древнего океана). Ранее генетический анализ показал, что пигмент фикоэритробилин присутствовал у общего предка современных цианобактерий. То есть зеленый «навык» — не случайная мутация, а древнее эволюционное изобретение.

Исследователи пошли еще дальше и отправились к японскому вулканическому острову Ио, который представляет собой часть архипелага Кадзан. Там на глубине 5,5 метра горячие источники насыщают воду железом, из-за чего вода вокруг острова имеет зеленый цвет, как в архейском океане.

Оказалось, на этой глубине цианобактерии с дополнительными «‎зелеными пигментами» буквально захватили территорию, а у поверхности, где больше синего света, доминировали другие виды без фикоэритробилина. Иными словами, природа сама повторила лабораторный эксперимент, подтвердив, что жизнь всегда адаптируется под условия среды.

Модель водной среды
a. Модель водной среды архейской эпохи для расчета концентрации гидроксида железа. В схеме зеленой областью отмечена окисленная зона, а оранжевые точки обозначают частицы гидроксида железа. Предполагается, что местообитания цианобактерий (желтая пунктирная зона) и фотоферротрофов (коричневая пунктирная зона) разделялись на окисленные и восстановленные области соответственно. При этом восстановленное железо, поступающее с термальных источников на морском дне, преобразовывалось в гидроксид железа благодаря активности фотоферротрофов и цианобактерий; b. График концентраций веществ. На нем изображены: концентрация гидроксида железа (зеленая линия), кислорода (красная линия) и восстановленного железа (синяя линия); c. Распределение падающего света и спектры пигментов. График показывает интенсивность падающего фотонного потока: на поверхности водоема – серая пунктирная линия, на глубине пяти метров – черная пунктирная линия, а на 20 метров – черная сплошная линия. На фоне этих данных наложены спектры поглощения пигментов: хлорофилл a (синяя линия), фукопигмент (PE, зеленая линия), фикоцианин (PC, оранжевая линия) и аллофикоцианин (APC, коричневая линия). Фоновые цветовые области обозначают диапазоны длин волн, в которых каждый пигмент осуществляет поглощение; d, e. Зависимость между интенсивностью света и концентрацией фотосинтетических пигментов. На графиках d и e представлена корреляция между падающим фотонным потоком и содержанием фотосинтетических пигментов на глубинах 20 метров (график d) и пяти  метров (график e). Цветовое кодирование соответствует обозначениям на графике c. / © Taro Matsuo et al. (2025)

Ученые заключили, что три миллиарда лет назад океан напоминал гигантский «железный суп». Он был насыщен гидроксидом железа, который поглощал синий свет, а вода, как и сейчас, «забирала» красный. В океанские глубины проникала большая часть зеленого света, а некоторая часть отражалась от поверхности. Этот свет сильнее всего повлиял на общий оттенок Земли.

В таких условиях эволюционировали цианобактерии. Они развили дополнительные пигменты, которые улавливали свет в тех диапазонах, где хлорофилл был «слеп». Эти пигменты помогали бактериям выживать в уникальной среде: передавать энергию зеленого света к хлорофиллу, что дало организмам огромное преимущество. Со временем цианобактерии начали выделять кислород. Он вступал в реакцию с гидроксидом железа, в результате образовавшиеся тяжелые частицы опускались на дно.

Зеленый период Земли закончился примерно 600 миллионов лет назад, когда кислород, вырабатываемый бактериями, полностью окислил железо в океане. Следы этого события сохранились в виде полосчатых железных руд — слоев окислов в древних породах.

Со временем вода стала прозрачной, зеленый оттенок исчез, и Земля постепенно «переоделась» в бледно-голубой цвет, который видят из космоса аппараты. Современный цвет Земли — заслуга не только океанов, но и атмосферы. Рэлеевское рассеяние (явление, при котором синий свет сильнее рассеивается в воздухе) окрашивает небо в голубой, смешиваясь с темно-синим цветом океанов.

Но даже сегодня в прибрежных водах, где много органики (листья, водоросли, ил), вода часто кажется зеленоватой. Органика поглощает синий свет, оставляя зеленый цианобактериям, которые до сих пор его используют для фотосинтеза. А еще зеленый оттенок океанов — подсказка для астрономов: если далекая экзопланета кажется зеленой, возможно, там есть свои «цианобактерии», которые окисляют металлы в воде.

Научная работа команды Мацуо опубликована в журнале Nature Ecology & Evolution.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 19:09
Дарья Г.

Остывшая после Большого взрыва Вселенная была наполнена холодным, нейтральным газом, заслонявшим свет звезд. К счастью, за космологическими Темными веками пришла эпоха реионизации. Первые звезды и галактики ионизировали межгалактическое пространство, и Вселенная вновь засияла. И вот ученые нашли древнейшую галактику, излучение которой реионизирует окружающий нейтральный газ.

Вчера, 12:27
Юлия Трепалина

Французский деликатес фуа-гра обычно готовят из печени уток или гусей, которых принудительно откармливают, провоцируя отложение в органе большого количества жира. Зоозащитники выступают против жестокой практики, но именно обилие жира придает фуа-гра плотную и одновременно тающую кремовую структуру, за которую ценят блюдо. Однако, похоже, способ примирить активистов и гурманов найден: ученые предложили технологию, позволяющую приготовить фуа-гра без лишних мучений для птиц.

Вчера, 17:27
Березин Александр

Исследователи из Университета Южной Австралии попробовали отследить, как именно упражнения влияют на когнитивные, исполнительные способности и память человека в том или ином возрасте. Получилось, что эффективнее всего они работают в том возрасте, когда о них думают реже всего.

23 марта
Михаил Орлов

Крупные современные города России — продукт своеобразной эволюции. Их морфология может сочетать историческую застройку, советское наследие и здания времен рыночной экономики. Авторы новой статьи — ученые из ВШЭ и Института географии РАН — заинтересовались, насколько российские города соответствуют современной концепции 15-минутного города. Она описывает доступность инфраструктуры для жителей: могут ли те самостоятельно добраться (пешком или на велосипеде) до школ, больниц, театров и других необходимых заведений за четверть часа.

22 марта
Михаил Орлов

Прежде чем на Земле появились привычные нам животные, ее населяли «черновики Бога». Это таинственные существа, жившие в эдиакарском периоде и совсем не похожие на своих преемников. В новом исследовании ученые описали 211 окаменелостей мелкой двусторонне-симметричной Parvancorina minchami, найденных у берегов Белого моря. Авторы сумели реконструировать рост и развитие парванкорины, а также оценили продолжительность ее жизни.

21 марта
РТУ МИРЭА

В РТУ МИРЭА разработали образовательный проект — многопользовательскую игру API Wars, которая помогает развивать навыки программирования, frontend-разработки и социальной инженерии в увлекательной форме. Действие игры разворачивается в далеком будущем, где игроки, выступая в роли хакерских команд, пытаются взломать автоматизированный завод по производству роботов. Игра также вносит вклад в культурные тренды, используя элементы советского стиля.

15 марта
Юлия Трепалина

Когда пара расстается, многие люди продолжают испытывать чувства к своим бывшим. Если разрыв произошел по инициативе другой стороны и отношения длились много лет, полностью «забыть» еще недавно близкого человека может быть непросто. Существует мнение, что и после расставания привязанность к экс-партнерам в какой-то мере сохраняется. Впрочем, согласно другой точке зрения, со временем эта эмоциональная связь ослабевает и утрачивается. Разобраться, как происходит на самом деле и сколько времени может потребоваться на полный эмоциональный разрыв с бывшими возлюбленными, взялись психологи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (США).

6 марта
Юлия Трепалина

В двойственных, или обратимых, изображениях зритель может увидеть разные объекты в зависимости от того, на каких деталях концентрируется его внимание. Среди известных примеров таких рисунков — иллюзия «кролик-утка», сочетающая двух животных, и обратимая ваза (или ваза Рубина), которая может казаться двумя силуэтами лиц, если сосредоточиться на фоне. В соцсетях и популярных СМИ часто публикуют подобные картинки, утверждая, что по тому, какое изображение человек видит в первую очередь, можно судить о его личностных чертах и особенностях мышления. Двое психологов из Великобритании недавно проверили, так ли это на самом деле.

18 марта
Илья

Масштабный анализ геномов показал, что вид Homo sapiens возник в результате смешения двух древних популяций. Они разделились полтора миллиона лет назад, а затем воссоединились до расселения по миру.

[miniorange_social_login]

Комментарии

7 Комментариев
-
0
+
Всегда считал, что излишки железа осели из океанов ещё то ли в конце раннего, то ли в начале среднего протерозоя 2,1-1,8 млрд л. В сидерии, если склероз не путает.
Sam Dowson
19.02.2025
-
0
+
"океан был насыщен железом, которое растворялось в воде в виде гидроксида железа (Fe(OH)₃)" - Fe(OH)3 нерастворим, в оригинальной статье другая формулировка про него и связь со строматолитами.
    -
    0
    +
    Sam, В оригинале говорится: We explored the transformation of the light window alongside surface oxidation during the Archaean era, particularly with the rise of photosynthetic organisms. Initially, reduced iron Fe(II) dissolved completely in the reduced aquatic environment17 (Supplementary Discussions 1, 7 and 8). However, the emergence of cyanobacteria14,15,16 and phototrophic Fe(II)-oxidizing bacteria17,18 in the Archaean era led to the oxidation of Fe(II) (Fig. 1a), forming iron hydroxide precipitates (Fe(OH)3) and contributing to the formation of banded iron formations (BIFs)18,19,20,21. Given the vertical structure of open oceans22,23, iron hydroxide probably spread across cyanobacterial habitats as a result of high eddy diffusivity above the pycnocline.
    +
      ещё комментарии
      Sam Dowson
      20.02.2025
      -
      0
      +
      Игорь, вот именно. Выделю в переводе: "...образуя осадки гидроксида железа (Fe(OH)3) и способствуя образованию полосчатых железных образований..." Ещё раз: "...осадки гидроксида железа (Fe(OH)3)...", что никак не вяжется по статье с "...которое растворялось в воде в виде гидроксида железа (Fe(OH)₃)..." А потом эти "осадки Fe(OH)3" ложились на строматолиты и защищали строматолитовые сообщества от ультрафиолета" - далее по оригиналу, вкратце.
        -
        0
        +
        Sam, Как тогда эту часть из оригинала понимать? Initially, reduced iron Fe(II) dissolved completely in the reduced aquatic environment. По сути они утверждают, что в древнейшую эру (архей) железо в океанах было растворено в бедной кислородом водной среде. Но когда появились цианобактерии (первые организмы, способные к фотосинтезу) и другие бактерии, они начали окислять железо. Это похоже на процесс ржавления: железо превращалось в нерастворимые частицы, которые оседали на дно, формируя слоистые железные породы.
          Sam Dowson
          20.02.2025
          -
          0
          +
          Игорь, как дословно переводится, так и понимается: "Первоначально восстановленное железо Fe(II) полностью растворялось в восстановленной (читай бескислородной) водной среде." - тут речь не о Fe(OH)3, а о растворимых и растворенных в воде солях Fe2+, коих в воде древних океанах было много (опять же - благодаря отсутствию О2). Потом появились строматолиты и начали выделять О2, который окислял Fe2+ (Fe(II)) в Fe3+ (Fe(III)). Ионы Fe(III) в растворе нестабильны, потому что среда древних океанов видимо была слабощелочная (а по-иному никак), поэтому растворенный Fe(III) тут же превращался в нерастворимый Fe(OH)3. И уже будучи нерастворимым Fe(OH)3 либо оседал на дно, либо на строматолиты, либо частично "застревал" в пиноклине (о нём тоже речь в статье). "Застревание" в пиноклине с сильной натяжкой можно назвать "растворением Fe(OH)3", но в оригинале статьи и этого (растворения Fe(OH)3) нет.
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно