Все о кислородной катастрофе в период Архея
Из всех газов, которые входят в состав атмосферы, наибольшее значение для жизни человека имеет кислород. Он необходим для дыхания, с помощью него в организме происходит энергетический обмен - распад сложных органических веществ на более простые. Также человек широко применяет кислород в своей жизни - баллоны с газом берут альпинисты, поднимающиеся в горы; в медицине его используют для поддержания жизни человека и во время операций; кислород используют на заводах и так далее.
Мало кто знает, что кислород в свободном виде появился в результате кислородной катастрофы в истории Земли, которая произошла около 2,45 миллиардов лет назад. До этого он также присутствовал в атмосфере, но его содержание было крайне мало. После катастрофы многие организмы вымерли, так как были она анаэробы, а для них кислород был просто губителен. Но некоторые остались, так как были устойчивы или обитали в «кислородных карманах» и начали развиваться в более сложные.
Кислородная катастрофа произошла на рубеже Архея и Протерозоя и в корне изменила жизнь организмов, сменила сообщества.
Что это такое?
Кислородная катастрофа (революция) - очень глобальное изменение состава атмосферного воздуха, точнее увеличение в нем свободного О2. Данный термин появился только в начале второй половины двадцатого века. Началось все с предположения, так как когда стали изучать осадконакопления, заметили резкое увеличение в них О2.
Как выяснилось позже предположение ученых подтвердилось, они смогли обосновать и найти причины. По мнению ученых происходила она в два этапа, а перерыв между ними - считается временем интенсивного формирования континентов. До сих пор ученые разбираются с тем, что же стало причиной такого изменения. Основной версией многие годы считался появившийся фотосинтез, то есть накопление в результате деятельности фотосинтезирующих организмов, а именно цианобактерий. Но так как фотосинтезировали они уже долгое время, ученые сейчас больше склоняются к другой версии.
Ученые говорят о том, что к моменту кислородной революции цианобактерии находились на Земле уже в районе пятисот миллионов лет, они пытались доказать, что все же фотосинтезирующие бактерии перенасытили атмосферу О2, но им это не удалось, так как ни одна их теория не смогла объяснить из-за чего произошло изменение в карбонатных минералах, а именно смена соотношения изотопов углерода. Данное явление они смогли объяснить только тектонической активностью, которая и привела к кислородной катастрофе и изменению в минералах, так как в результате нее начало образовываться большое количество вулканов, извергающих в атмосферу углекислый газ.
Приблизительно за двести миллионов лет в протерозое концентрация свободного О2 возросла в пятнадцать раз. То есть можно сказать, что кислородная катастрофа растянулась на два периода, но принято считать, что именно данное событие является окончанием архейского эона.
Долгое становление окислительной атмосферы
Состав, который был до кислородной революции, к сожалению до сих пор неизвестен, но ученые считают, что сформировалась она за счет уничтожении мантии и носила восстановительный характер, а ее основу составляли метан, аммиак, сернистый водород и углекислый газ.
Во время катастрофы количество свободного газа резко увеличилось в атмосфере и достигло точки Пастера (это уровень кислорода, выше которого аэробные микроорганизмы и факультативные анаэробы адаптируются и переходят от брожения к аэробному дыханию). Так как населяли Землю в основном анаэробы, а кислород для них губителен, почти все организмы вымерли. Но тем не менее остались формы, которые не погибли от кислорода, так как были либо восприимчивы к окислению и воздействию кислорода, либо проводили свой жизненный цикл в среде, лишенной кислорода.
В результате накопления значительных объемов кислорода, в атмосфере и гидросфере появилась стабильная жизнедеятельность аэробных одноклеточных организмов, которые до этого могли существовать и развиваться только в «кислородных карманах».
В восстановительной среде, которая была до, цианобактерии выделяли дикислород, который сначала расходовался на окисление соединений и не собирался в свободном состоянии в атмосфере Земли. Во время резкого увеличения этого важного для нас газа, он начал накапливаться в свободном вида и характер атмосферы начал изменяться с восстановительного на окислительный, так как организмы начали использовать энергетический обмен.
Жизнь и кислород
Появление свободного кислорода послужило началом изменения животного мира. Некоторые ученые считают, что он начал накапливаться в воде и лишь потом перешел на сушу, но точных доказательств этому нет.
На данный момент О2 - важнейший газ на Земле, без которого мы не сможем просуществовать даже небольшое количество времени. Его количество очень большое, больше, чем любого другого вещества на Земле. Содержится он в основном в связанном виде в земной коре в виде оксидов железа, сульфатов, силикатов, карбонатов и еще в около полутора тысяч соединений. Также очень большое количество содержится его в воде - связанного и растворенного. Еще он есть в воздухе и в каждой клетке любого живого организма.
Содержание в атмосфере пополняется за счет фотосинтеза, причем в большей степени фитопланктонов мирового океана, а не лесов, как можно подумать. Не смотря на то, что на нашей планете он появился очень давно, до сих пор остались некоторые виды анаэробов, которые обитают в воде, лишенной кислорода; иле, где создается восстановительная среда. Это бактерии, из-за того, что бескислородных мест на Земле очень мало, развиваться далее они не могут.
Последствия и значение
Кислородная революция стала кардинальным изменением атмосферы и биосферы на Земле.
Последствия:
- так как большая часть того времени была анаэробами, произошла смена сообществ: анаэробные организмы сменил аэробные, которые ранее обитали лишь в «кислородных карманах»; а анаэробные наоборот стали существовать только в «анаэробных карманах»;
- появление и накопление свободного О2;
- изменение состава атмосферы и ее характера - с восстановительного на окислительный;
- уменьшение парникового эффекта, как следствие начало Гуронского оледенения;
- наличие молекулярного О2 в дальнейшем привело к образованию озонового экрана, который выполняет очень важную функцию - защищает поверхность Земли от опасного для живых организмов ультрафиолетового излучения Солнца.
Важно отметить, что кислородная катастрофа не смогла бы произойти только из-за тектонической активности, фотосинтез (создание органических веществ из неорганическихе, в данном случае образование дикислорода, как побочного продукта) простейших также стал значимой частью произошедшего. Без него важнейший газ просто бы не мог появиться и накопиться в таком количестве в атмосфере. Поэтому, говоря о причинах, стоит обозначать обе.
Значение кислородной катастрофы в истории Земли очень значимое и заключается в последующих путях развития жизни на планете, то есть в развитии нынешним и появлении более сложных форм живых организмов. То есть, живые организмы начали использовать энергетический обмен, дыхание, а не гликолиз и брожение. Способность синтезировать при дыхании значительно большое количество молекул АТФ позволила организмам расти, быстрее размножаться и усложнять свои структуры и обмен веществ.
