ФОСФОР ПОДГОТОВИЛ ЗЕМЛЮ ДЛЯ СЛОЖНОЙ ЖИЗНИ И МОЖЕТ СТАТЬ ЦЕННЫМ БИОСИГНАТУРОМ
Фосфор сыграл ключевую роль в развитии жизни на Земле, особенно во время Великого кислородного события (GOE), когда свободный кислород начал накапливаться в атмосфере. Благодаря этому жизненно важному элементу сложная жизнь на планете смогла эволюционировать. Без регулярных всплесков фосфора в океанах Земли не было бы GOE и, следовательно, сложной жизни.
За первые три миллиарда лет своего существования Земля сильно отличалась от современного облика. В атмосфере не было свободного кислорода, а массив преобладал на базе азота, с высоким содержанием углекислого газа – возможно, даже в 100 раз больше, чем сегодня. Также присутствовали водяные пары и следовые количества водорода, угарного газа и других газов, неизменно более значительные объемы метана.
Метан, вырабатываемый древнейшими формами жизни, называемыми метаногенами, был побочным продуктом их жизнедеятельности в условиях отсутствия кислорода. Однако ситуация изменилась во время Великого кислородного события, которое началось около 2,4 миллиарда лет назад с появлением цианобактерий. Эти микробы использовали фотосинтез для производства энергии, а их побочным продуктом стал кислород. Миллионы лет работы цианобактерий в конечном итоге привели к накоплению свободного кислорода в атмосфере.
Поисследования показывают, что без скоростного поступления фосфора в океаны GOE могло бы и не произойти. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, под руководством доктора Мэттью Додда из Университета Западной Австралии, представлена связь между фосфором, кислородом и развитием сложной жизни.
Фосфор является 11-м по распространенности элементом в земной коре и основным компонентом ДНК, но его запасы также значимы. В то время как до 99% фосфора в земной коре содержится в металлических минералах и недоступно для жизни, отдельные всплески фосфора в океане служили катализатором фотосинтетических микроорганизмов, провоцируя увеличение кислорода в атмосфере.
Доктор Додд отметил: «Всплески фосфора способствовали увеличению захоронения органического углерода и позволили кислороду накапливаться в атмосфере, что в конечном итоге сделало возможным существование сложной жизни». Уровень фосфора напрямую влияет на биологическую активность: его избыток приводит к бурному развитию организмов, в то время как нехватка ослабляет их жизнедеятельность.
В рамках исследования ученые сосредоточились на фосфате, связанном с карбонатами, который используется для реконструкции уровней фосфора в древних океанах. Анализ показал, что существует связь между уровнями фосфата и активностью жизнедеятельности в океанах в период GOE.
Не менее важным вопросом стало происхождение фосфора. В древних океанах он присутствовал, но в химически недоступной форме. Исследование показало, что в определенное время границы доступности фосфора смягчились, что привело к его накоплению и способствовало росту свободного кислорода в атмосфере.
Доктор Додд подытожил: «Кислород — это главная валюта сложной жизни. Когда уровни фосфора выросли в ранних океанах, фотосинтез заработал на полную мощность. Как результат, избыточный органический углерод стал накапливаться, создавая условия для дополнительного кислорода в атмосфере, что и позволило Земле вдохнуть в первый раз».
Изучение подробной истории Земли поможет в поисках экзопланет и возможных биосигнатур. Астробиологи сосредоточены на кислороде, так как его высокий уровень на Земле связан с деятельностью жизни. Но кислород может также образовываться и абиогенно, применение фосфора в качестве полезного индикатора активности жизни предлагает кадр для интерпретации обнаруженных уровней кислорода на
