Мощные землетрясения, которые сотрясали Землю около 3,8 миллиарда лет назад, раскололи кору планеты и позволили химическим реакциям развернуться глубоко внутри разрушенной породы. Новое исследование предполагает, что эти реакции, вызванные сейсмической активностью, водой и температурой, близкой к температуре кипения, могли обеспечить кислородом некоторые из самых ранних форм жизни в нашем мире.

Согласно исследованию, опубликованному в понедельник (8 августа) в журнале Nature Communications, этот кислород должен был быть упакован в перекись водорода (H2O2), которая содержит два атома водорода и два атома кислорода, связанных вместе. Возможно, наиболее известная как антисептик, перекись водорода, конечно, может быть токсичной для живых организмов, но она всё ещё в состоянии быть полезным источником кислорода после расщепления ферментами или реакциями, которые происходят при высокой температуре, говорит Джон Теллинг (Jon Telling), старший автор исследования и старший преподаватель геохимии и геомикробиологии в Ньюкаслском университете (Великобритания).

Ученые обнаружили древний источник кислорода, который мог питать жизнь на ранней Земле.
Джордан Стоун (Jordan Stone), ведущий автор нового исследования и недавний студент-магистр экологических геолого-геофизических исследований в Ньюкаслском университете, проводит один из экспериментов. Изображение: Jon Telling/Jordan Stone/Newcastle University

Недавно же, в ходе лабораторных экспериментов, Теллинг и его коллеги обнаружили, что на ранней Земле могло образоваться достаточное количество перекиси водорода, которая, таким образом, служила потенциальным источником кислорода для некоторых из самых ранних организмов планеты. Исследователи обнаружили, что эти реакции протекают наиболее эффективно при температурах, близких к точке кипения воды — 212 градусов по Фаренгейту, или 100 градусов по Цельсию, — но могут производить небольшое количество H2O2 и при температурах ниже 176 °F (80 °C).

Примечательно, что эти температуры пересекаются с температурным диапазоном, в котором, как известно, процветают термофилы и гипертермофилы, то есть теплолюбивые бактерии и археи, сказал Теллинг. Считается, что общий предок всей жизни на Земле также эволюционировал, чтобы жить в палящей жаркой среде, и поэтому теоретически на этот таинственный предковый организм могло повлиять присутствие перекиси водорода, образовавшейся глубоко в коре планеты.

И что важно, поскольку перекись водорода может повредить жиры, белки и ДНК клеток, ранним организмам потребовались бы стратегии для «детоксикации» соединения, если бы оно присутствовало в их среде, подчеркнула Линн Ротшильд (Lynn Rothschild), старший научный сотрудник Исследовательского центра Эймса НАСА в Калифорнии, которая не участвовала в исследовании. Перекись водорода также является естественным побочным продуктом фотосинтеза, поэтому, чтобы развить способность к фотосинтезу, организмы, вероятно, сначала должны были научиться справляться с H2O2.

«До появления кислородного фотосинтеза на ранней Земле должны были быть источники активных форм кислорода», включая перекись водорода, сказала Ротшильд в интервью Live Science.

Глубоко внутри коры

Предыдущие исследования, в том числе работа лаборатории Ротшильд, предполагали, что минералы, которые, как считается, существовали в ранней земной коре, могли быть потенциальным источником перекиси водорода и, следовательно, потенциальным источником кислорода.

Некоторые из этих экспериментов включали измельчение горных пород в определённых условиях, а затем воздействие воды на эти дробленые породы. Эта серия событий в небольшом масштабе имитирует физическое напряжение, которое испытывали горные породы в тектонически активных областях ранней земной коры, когда кора трескалась и вода могла просачиваться внутрь. По словам Теллинга, когда Земле было менее миллиарда лет, на планете ещё не было больших плит земной коры, скользящих по её мантии, как сегодня, когда тектонические плиты движутся по всему миру. Однако в то время кора всё ещё изгибалась и трескалась в отдельных регионах из-за вулканической активности и взаимодействия между гораздо меньшими кусками коры, добавил он.

И хотя прошлые эксперименты показали, что эта ранняя тектоническая активность потенциально могла производить газообразный водород (компонент перекиси водорода) и полностью сформированную перекись водорода, в этих исследованиях были получены лишь небольшие количества этих соединений. В своём новом исследовании Теллинг и его коллеги провели аналогичные эксперименты, но подвергли дробленые породы воздействию более широкого диапазона температур и в течение более длительных периодов времени — до недели. Основываясь на прошлых исследованиях, они подозревали, что такой подход сможет увеличить количество вырабатываемой перекиси водорода.

В своих экспериментах по дроблению горных пород команда использовала гранит, породу, найденную в континентальной коре, а также базальт и перидотит, которых было много в океанической коре ранней Земли. Они измельчили эти камни в мелкий порошок в бескислородных контейнерах, осторожно пересыпали дробленую породу в герметичные бутылки, добавили воды, а затем поддали термической обработке.

По мере того, как каменные порошки достигали температуры, близкой к температуре кипения, «дефекты» во входящих в их состав минералах становились менее устойчивыми и с большей вероятностью вступали в реакцию с водой. В частности, эти дефекты включали «перекисные соединения» или места, где два атома кислорода связаны вместе в кристаллической структуре минералов, где обычно кислород связывается только с кремнием. По словам Теллинга, такие дефекты могут появиться в кристалле, если в его структуру непреднамеренно будет добавлена ​​вода.

«Когда эти породы, содержащие эти перекидные соединения, подвергаются нагрузке, эти дефекты могут фактически смещаться, — пояснил он. — Они в состоянии перемещаться через кристаллическую структуру к поверхности, где затем могут начать взаимодействовать с водой», и это взаимодействие в конечном итоге приводит к образованию перекиси водорода.

Эти результаты показывают, что, по крайней мере, в регионах ранней Земли, которые подвергались воздействию землетрясений и высоким температурам, перекись водорода могла быть обычным явлением в окружающей среде. Тем не менее, эксперименты не могут точно определить скорость или масштаб, с которыми происходили эти реакции с образованием H2O2 на ранней Земле, отметил Теллинг.

«Было бы интересно посмотреть, насколько широко распространено это явление» и как перекись водорода повлияла на эволюцию ранних организмов в глобальном масштабе, сказала Ротшильд, изучающая, как могла возникнуть и развиваться на ранней Земле и, возможно, в других местах галактики, жизнь.

Тем не менее, H2O2 не обязательно должна была присутствовать во всех средах на ранней Земле, чтобы влиять на эволюцию жизни на планете. Если вы крошечный микроб размером всего несколько микронов в поперечнике, в любом случае на вас влияют только химические вещества, находящиеся в вашем непосредственном окружении.

«Честно говоря, это достаточно хорошо, если по соседству с вами имеются активные формы кислорода», — сказала Ротшильд.

По её словам, это раннее воздействие H2O2 из окружающей среды, возможно, обеспечило необходимую «тренировку» для организмов, которые превратились в цианобактерии, сине-зелёные водоросли, ответственные за наполнение атмосферы Земли кислородом, что в итоге и оказало влияние на ход истории нашей планеты.

Правописание уведомления вебмастера


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев

EnglishРусскийУкраїнська
Включить уведомления Да Спасибо, не надо