Фотосинтезирующими организмами сейчас в атмосфере Земли производится кислород. Жизнь к присутствию этого агрессивного окислителя приспособилась еще до появления фотосинтеза.
Активные формы кислорода могли появляться на молодой планете из-за геологических процессов — движениях ледников и землетрясений, которые раскалывали кристаллы кварца.
Современная атмосфера Земли примерно на двадцать процентов состоит из молекулярного кислорода. Такое состояние не всегда было. Свободный кислород заполнил воздух благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов. Появление этих организмов около двух с половиной миллиардов лет назад стало серьёзным испытанием для молодой жизни.
Кислород, в частности в виде пероксида и свободных радикалов, — сильный окислитель. Разоряет любые биомолекулы, например ДНК, и нуждается в защите. Не всем живым существам удалось приспособиться к новым условиям жизни: именно поэтому переход называют… кислородной катастрофой.
Тем не менее некоторые защитные механизмы уже присутствовали в те времена. У большинства современных групп организмов имеются ферменты, нейтрализующие свободные формы кислорода, и анализ их генов свидетельствует о возниклиЗадолго до катастрофы. Фотосинтез возник именно на их основе и потребовал белков.
Следовательно, жизнь приспосабливалась к работе со свободным кислородом с давних времен. Небольшие его количества могли присутствовать в атмосфере молодой Земли, но этого было мало. Откуда же поступал кислород до начала фотосинтеза? Новый ответ на этот вопрос дают ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего, статья которых… опубликована в журнале PNAS.
Марк Тименс и его соратники проводили эксперименты с кварцем, одним из самых распространённых минералов земной коры. Эксперименты показали, что измельчённые кристаллы кварца в условиях, имитирующих атмосферу молодой Земли, могут взаимодействовать с водой, выделяя пероксид водорода и другие активные формы кислорода.
Ученые полагают, что подобные разрушения кристаллов кварца могли вызывать землетрясения или движения ледников. По расчетам Тименса и соавторов, такие процессы генерировали в 100 миллиардов раз больше пероксида и других активных форм кислорода, чем атмосферные реакции. Это могло стимулировать живые организмы к приспособлению к их присутствию.