Как всплеск питательного вещества превратил Землю в мир кислорода

Новое исследование показало, как фосфор, питательное вещество, необходимое для фотосинтеза, хлынул в древние океаны и запустил первый крупный рост атмосферного кислорода на Земле более 2 миллиардов лет назад.

Ведущий автор исследования, опубликованного в Nature Communications, доктор Мэтью Додд из Школы наук о Земле и океанах Университета Западной Австралии (UWA), пояснил: "Стимулируя цветение фотосинтезирующих микробов, эти импульсы фосфора увеличили захоронение органического углерода и позволили кислороду накапливаться в воздухе. Это был переломный момент, который в конечном итоге сделал возможной сложную жизнь".

Исследование объединило глобальный архив древних карбонатных пород с моделированием климатической системы Земли. Оно показало, что уровень фосфора в океане и кислорода в атмосфере совместно повышался и падал во время Великого кислородного события.

Команда измерила карбонат-ассоциированный фосфат (показатель растворённого фосфата в морской воде) и обнаружила, что его изменения коррелируют с сигналами изотопов углерода, которые фиксируют биологическую продуктивность и захоронение углерода.

Тысячи экспериментов с моделью продемонстрировали, что временные всплески поступления фосфора в океаны воспроизводят как быстрое насыщение кислородом, так и характерные изотопные "отпечатки пальцев" в геологической летописи.

"Кислород — это твёрдая валюта сложной жизни. Когда уровень фосфора в ранних океанах повысился, фотосинтез ускорился, — сказал доктор Додд. — Когда было захоронено больше органического углерода, это привело к накоплению свободного кислорода в атмосфере. Так Земля сделала свой первый большой вдох".

Результаты исследования важны для поддержания устойчивого уровня кислорода на Земле, а также служат руководством для астробиологов.

"Астрономы всё чаще рассматривают богатые кислородом атмосферы как главные цели в поисках жизни за пределами Земли, но кислород, в принципе, может возникать и без биологии, — отметил доктор Додд. — Определив "дроссельную заслонку" в виде питательного вещества, которая связывает океаны, биологию и атмосферу, мы предлагаем проверяемый биологический путь для создания и поддержания кислорода на живых мирах. Мы также предоставляем основу для интерпретации обнаружения кислорода на планетах за пределами нашей Солнечной системы".