Deguonis sudaro 21% Žemės atmosferos, ir mums reikia, kad jis kvėpuotų. Senovės bakterijos sukūrė apsauginius fermentus, kurie neleido deguoniui pažeisti jų DNR, tačiau kokią evoliucijos paskatą jie turėjo tai padaryti? Tyrėjai išsiaiškino, kad ultravioletinė šviesa, patekusi į ledyninio ledo paviršių, gali išlaisvinti molekulinį deguonį. Bakterijų kolonijoms, gyvenančioms prie šio ledo, būtų reikėję sukurti šią apsauginę gynybą. Tada jie buvo gerai įrengti, kad galėtų absorbuoti atmosferos deguonį, kurį gamina kitos bakterijos, kurios paprastai būtų toksiškos.
Prieš du su puse milijardo metų, kai mūsų evoliucijos protėviai buvo šiek tiek daugiau nei vienos bakterijos plazminės membranos mirksnis, procesas, žinomas kaip fotosintezė, staiga įgijo galimybę išleisti molekulinį deguonį į Žemės atmosferą, sukeldamas vieną didžiausių aplinkos pokyčių mūsų planetos istorija. Organizmai, kurie laikomi atsakingais, buvo cianobakterijos, kurios, kaip žinoma, išsivystė gebėjimu paversti vandenį, anglies dioksidą ir saulės šviesą deguonimi ir cukrumi, ir vis dar yra aplink melsvai žaliuosius dumblius ir chloroplastus visuose žaliuojančiuose augaluose.
Tačiau tyrėjai ilgą laiką buvo suglumę, kaip melsvabakterės galėjo pasidaryti visą tą deguonį, nenuodydamos savęs. Kad jų DNR nesugadintų hidroksilo radikalas, kuris natūraliai susidaro gaminant deguonį, cianobakterijoms reikėjo sukurti apsauginius fermentus. Tačiau kaip natūrali atranka galėjo paskatinti cianobakterijas vystytis šiems fermentams, jei jų dar nebuvo?
Dabar dvi Kalifornijos technologijos instituto tyrėjų grupės pateikia paaiškinimą, kaip cianobakterijos galėjo išvengti šios, atrodo, beviltiškos prieštaros. Ataskaitoje Nacionalinės mokslų akademijos (PNAS) gruodžio 12 d. Publikacijose, prieinamose internete šią savaitę, grupės pademonstravo, kad ultravioletinė šviesa, atsitrenkianti į ledyninio ledo paviršių, gali sukaupti sušalusius oksidantus ir galutinai išleisti molekulinį deguonį į vandenynai ir atmosfera. Šis nuodų srautas vėliau galėtų paskatinti įvairių mikrobų, įskaitant cianobakterijas, deguonį saugančių fermentų evoliuciją. Pasak planetų mokslo profesoriaus Juk Yung ir Geobiologijos profesoriaus Van Wingeno Joe Kirschvinko, UV peroksido tirpalas yra „gana paprastas ir elegantiškas“.
„Prieš deguonies atsiradimą atmosferoje nebuvo ozono ekrano, kuris užkirstų kelią ultravioletinės šviesos patekimui į paviršių“, - aiškina Kirschvinkas. Kai ultravioletinė šviesa patenka į vandens garus, ji dalį jų paverčia vandenilio peroksidu, pavyzdžiui, medžiagomis, kurias nusipirkote prekybos centre plaukams balinti, ir šiek tiek vandenilio dujų.
Paprastai šis peroksidas ilgai nesitęsia dėl grįžtamųjų reakcijų, tačiau apledėjimo metu vandenilio peroksidas užšąla vienu laipsniu žemiau vandens užšalimo taško. Jei ultravioletinė šviesa būtų prasiskverbusi iki ledyno paviršiaus, nedideli peroksido kiekiai būtų įstrigę ledynmečio lede “. Šis procesas iš tikrųjų vyksta šiandien Antarktidoje, kai susidaro ozono skylė, leidžianti stipriam UV spinduliui patekti į ledą.
Prieš tai, kai Žemės atmosferoje nebuvo deguonies ar jokio UV ekrano, ledyninis ledas būtų tekėjęs žemyn į vandenyną, ištirpęs ir išleidęs pėdsakus peroksido kiekius tiesiai į jūros vandenį, kur kitos rūšies cheminė reakcija peroksidą paversdavo atgal į vandenį. ir deguonis. Tai atsitiko toli nuo UV šviesos, kuri naikins organizmus, tačiau deguonies lygis buvo toks mažas, kad melsvadumbliai būtų išvengę apsinuodijimo deguonimi.
„Vandenynas buvo nuostabi vieta deguonį saugantiems fermentams vystytis“, - sako Kirschvinkas. „Ir kai šie apsauginiai fermentai buvo sukurti, tai padėjo vystytis tiek deguoninei fotosintezei, tiek aerobiniam kvėpavimui, kad ląstelės iš tikrųjų galėtų kvėpuoti deguonimi, kaip mes.“
Teorijos įrodymai yra gauti vadovaujančio autoriaus Danie Liang, neseniai studijavusio planetų moksle, Kaltech, skaičiavimais, dabar dirbančio Aplinkos pokyčių tyrimų centre „Academia Sinica“ Taipejuje, Taivanyje.
Pasak Liango, rimtas užšalimas, žinomas kaip „Makganyene Snowball Earth“, įvyko prieš 2,3 milijardo metų, maždaug tuo metu, kai melsvadumbliai sukūrė savo deguonies gamybos galimybes. Žemės „Sniego gniūžtės“ epizodo metu galėjo būti sukaupta pakankamai peroksido, kad būtų galima pagaminti beveik tiek deguonies, kiek dabar yra atmosferoje.
Kaip papildomas įrodymas, šio apskaičiuoto deguonies lygio taip pat pakanka paaiškinti Kalahari mangano lauko nusėdimą Pietų Afrikoje, kuriame yra 80 procentų viso pasaulio mangano atsargų. Šis telkinys yra iškart ant paskutinio Makganyene sniego rutulio geologinio pėdsako.
„Mes pagalvojome, kad po šio apledėjimo žydėjimas buvo melsvabakterė, išmetusi manganą iš jūros vandens“, - sako Liang. "Bet tai galėjo būti tiesiog deguonies, susidarančio dėl peroksido skilimo po sniego gniūžtės, metu, kuris tai padarė".
Be „Kirschvink“, „Yung“ ir „Liang“, kiti autoriai yra Hymanas Hartmanas iš MIT Biomedicininės inžinerijos centro ir Robertas Koppas, „Caltech“ geobiologijos magistrantas. Hartmanas kartu su Chrisu McKay iš NASA Ames tyrimų centro buvo ankstyvieji vandenilio peroksido vaidmens deguonies fotosintezės kilme ir evoliucijoje šalininkai, tačiau jie negalėjo nustatyti gero neorganinio jo šaltinio Žemės priešakinių bruožų aplinkoje.
Originalus šaltinis: „Caltech“ naujienų leidinys
