Кристаллы кварца могли сыграть роль в появлении жизни перед кислородной катастрофой

Новости МирТесен

Фотосинтезирующие организмы являются источником кислорода в современной атмосфере Земли. Тем не менее, жизнь приспособилась к существованию в условиях присутствия этого агрессивного окислителя еще до возникновения фотосинтеза. Геологические процессы, такие как движение ледников и землетрясения, которые разрушали кристаллы кварца, могли генерировать активные формы кислорода на ранней стадии формирования планеты.

Приблизительно 20 процентов современной атмосферы Земли составляют молекулы кислорода. Однако, в прошлом ситуация была иной. Предполагается, что накопление свободного кислорода в воздухе стало возможным благодаря фотосинтезирующим организмам. Их возникновение около 2,4 миллиарда лет назад стало существенным вызовом для тогдашней жизни.

Кислород, в особенности в виде пероксидов и свободных радикалов, является мощным окислителем. Он способен легко повреждать биомолекулы, включая ДНК, и поэтому необходимы действенные защитные механизмы. Не всем живым организмам на Земле удалось адаптироваться к изменившимся условиям окружающей среды: недаром этот переход называют кислородной катастрофой.

Несмотря на это, определенные защитные механизмы уже присутствовали. Большинство современных организмов обладают ферментами, способными нейтрализовать свободные радикалы, и генетический анализ подтверждает это возникли они задолго до той катастрофы. Более того, именно на их основе появились белки, необходимые для фотосинтеза.

Следовательно, жизнь начала приспосабливаться к взаимодействию со свободным кислородом задолго до появления фотосинтеза. Небольшие его объемы могли присутствовать в атмосфере молодой Земли, однако их было крайне недостаточно. Как же кислород появлялся до начала фотосинтеза? Новый ответ на этот вопрос предлагают ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего, результаты их исследования опубликованы в статье, которая опубликована в журнале PNAS.

Марк Тименс и его соавторы провели исследования, используя кварц, широко распространенный минерал, входящий в состав земной коры. Полученные данные свидетельствуют о том, что измельченные кристаллы кварца, подвергаемые воздействию условий, воспроизводящих атмосферу ранней Земли, способны реагировать с водой, образуя пероксид водорода и другие соединения с активными формами кислорода.

По мнению исследователей, подобные повреждения кристаллов кварца могли быть вызваны землетрясениями или смещением ледников. Тименс и его коллеги предполагают, что эти процессы способны генерировать в сто миллиардов раз больше пероксида и других активных форм кислорода, чем химические реакции, происходящие в атмосфере. Именно это могло подтолкнуть живые организмы к адаптации к этим веществам.