Кислородный бум Земли: как никель и мочевина в древних океанах сформировали микробную жизнь
Появление кислорода в атмосфере Земли, известное как Великое кислородное событие (Great Oxidation Event, GOE), произошло около 2.1–2.4 миллиарда лет назад и стало поворотным моментом для планеты. Однако кислородный фотосинтез у цианобактерий, как считается, возник на сотни миллионов лет раньше, и причины такой задержки в оксигенации оставались загадкой.
Новое исследование, опубликованное в журнале Communications Earth & Environment 12 августа 2025 года, предлагает объяснение, сосредоточившись на роли микроэлементов и соединений — никеля (Ni) и мочевины.
Эксперимент в условиях ранней Земли
Учёные смоделировали условия архейского эона (~4–2.5 млрд лет назад) в двух сериях экспериментов:
- Смеси соединений аммония, цианида и железа облучали УФ-С излучением, имитируя условия до формирования озонового слоя. Цель — проверить возможность абиотического образования мочевины, ключевого источника азота.
- Культуры цианобактерий (Synechococcus sp. PCC 7002) выращивали в средах с разной концентрацией мочевины и никеля, отслеживая рост по оптической плотности и уровню хлорофилла-a.
Новая модель оксигенации
Результаты позволили предложить новую модель. В раннем архее высокие концентрации никеля и мочевины действовали как «бутылочное горлышко», сдерживая массовое и продолжительное размножение цианобактерий.
Как объясняет ведущий автор доктор Дилан М. Ратнайаке: «Никель имеет сложные и увлекательные отношения с мочевиной как в отношении её образования, так и биологического потребления, в то время как доступность этих веществ в более низких концентрациях может привести к пролиферации цианобактерий».
Согласно модели, последующее снижение уровня никеля и умеренная концентрация мочевины сняли эти ограничения. Это позволило цианобактериям устойчиво расширяться, что в итоге привело к долгосрочному выделению кислорода и запустило GOE.
Значение для поиска жизни за пределами Земли
Исследование имеет далеко идущие последствия для астробиологии. Понимание механизмов накопления атмосферного кислорога проливает свет на поиск биосигнатур на других планетах. Химические маркеры, такие как никель и мочевина, могут влиять на накопление кислорода и, следовательно, на потенциал для жизни на экзопланетах.
Исследование показывает, что взаимодействие неорганических и органических соединений сыграло решающую роль в изменении среды Земли, углубляя наше понимание эволюции кислорода и жизни на планете.