Сегодня кислород в атмосфере Земли создается фотосинтезирующими организмами. Однако жизнь адаптировалась к присутствию этого агрессивного окислителя еще до появления фотосинтеза.
Активные формы кислорода могли появляться на молодой планете благодаря геологическим процессам — движениям ледников и землетрясениям, которые раскалывали кристаллы кварца.
Современная атмосфера Земли примерно на 20 процентов состоит из молекулярного кислорода. Но так было не всегда. Считается, что свободный кислород наполнил воздух благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов. Их появление около 2,4 миллиарда лет назад стало серьезным испытанием для молодой жизни.
Кислород, особенно в форме пероксида и свободных радикалов, — это крайне агрессивный окислитель. Он легко повреждает любые биомолекулы, включая ДНК, и требует эффективных механизмов защиты. Далеко не всем обитателям Земли удалось приспособиться к новым условиям жизни: недаром тот переход называют кислородной катастрофой.
Тем не менее определенные средства защиты существовали уже тогда. Ферменты, нейтрализующие свободные формы кислорода, есть у большинства современных групп организмов, а анализ их генов показывает, что возникли они задолго до той катастрофы. Более того, именно на их основе появились белки, необходимые для фотосинтеза.
Следовательно, жизнь «училась работать» со свободным кислородом с очень далекого времени. Некоторые его количества могли возникать в атмосфере молодой Земли, но этого количества было совсем недостаточно. Откуда же появлялся кислород до начала фотосинтеза? Ответ на этот вопрос дает новая работа ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего, статья которых опубликована в журнале PNAS.
Марк Тименс (Mark Thiemens) и его коллеги проводили эксперименты с кварцем — одним из самых распространенных минералов в составе земной коры. Опыты показали, что измельченные кристаллы кварца в условиях, имитирующих атмосферу молодой Земли, могут взаимодействовать с водой, выделяя пероксид водорода и другие активные формы кислорода.
Ученые считают, что в природе аналогичные разрушения кристаллов кварца могли производить землетрясения или движения ледников. По оценкам Тименса и его соавторов, такие процессы могли создавать в 100 миллиардов раз больше пероксида и других активных форм кислорода, чем атмосферные реакции. Именно это могло стимулировать живые организмы приспосабливаться к их присутствию.
Автор: Сергей Васильев