Древний океан окрасил Землю в зеленый на 2,5 миллиарда лет
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.
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.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Большой адронный коллайдер многие воспринимают как инструмент изучения первых мгновений жизни Вселенной и поиска редких частиц. Но ушедший на обновление ускоритель частиц все еще приносит новые данные и о таких, казалось бы, хорошо изученных объектах, как ядро атома кислорода. Физики ЦЕРН выяснили, что и оно, и ядро атома неона ведут себя не так, как предсказывали модели.
Чешские археологи, изучая огромное древнее сооружение возрастом примерно 6500 лет, пришли к выводу, что входы в него расположены не случайным образом, а с учетом движения по небу Солнца и Луны. Судя по всему, этот неолитический памятник, который более чем на тысячу лет старше самого раннего этапа строительства Стоунхенджа, служил местом для проведения ритуалов, связанных с небесными светилами.
В пещере на востоке Испании археологи обнаружили подземное святилище, стены и потолок которого покрыты многочисленными надписями на латыни с упоминанием некой «Госпожи». Ученые предположили, что в римскую эпоху в пещере собирались поклонницы какой-то загадочной богини.
Анализ почти 69 тысяч видов насекомых помог опровергнуть главенствующую теорию эволюции, которая полвека объясняла устройство колоний пчел, муравьев и ос. Исследователи выяснили, что общепринятый генетический фактор сам по себе не приводит к разделению труда, а настоящий секрет их коллективного выживания кроется в совсем других биологических чертах.
У любителей кофе выявили расхождение в уровнях тестостерона: одна форма этого гормона повышалась вместе с количеством выпитого, а другая, напротив, снижалась. Результат оказался особенно интересным на фоне изменений других показателей, связанных с обменом веществ и здоровьем сердца.
С помощью ускорителей ученые имитируют процессы, происходившие в первые мгновения жизни Вселенной. Так пытаются решить загадки наблюдаемой реальности: почему материи больше, чем антиматерии, состоят ли кварки из других частиц, как сохраняется барионное число. В этот раз анализ столкновений на коллайдере RHIC предоставил сильное свидетельство того, что барионное число переносится не кварками, а глюонной перемычкой внутри протонов.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии