Стародавня ціанобактерія з'явилася приблизно 2,9 мільярда років тому. Саме тоді виник фотосинтез – перетворення вуглекислого газу на кисень живими організмами.3 жовт. 2023р.

Коли з'явилися ціанобактерії?

Ціанобактерії найбільш близькі до найдавніших мікроорганізмів, споруди яких (строматоліти, вік понад 3,5 млрд років) Виявлені на Землі.

Коли з'явилися найдавніші синьо-зелені водорості ціанобактерії?

Ціанобактерії або синьо–зелені водорості. Ці організми виділили майже весь кисень Землі і забезпечили іншим видам, зокрема людині, можливість існування.

Де зустрічаються ціанобактерії?

Ціанобактерії, яких раніше відносили до рослин під назвою синьо-зелені водорості, зустрічаються у всіх місцеперебуваннях на планеті — у прісній та солоній воді, у ґрунті, у складі лишайників, а також можуть утворювати бактеріальні мати.

Еволюція фотосинтезу

Під еволюцією фотосинтезу розуміють історичний шлях походження та подальшого розвитку фотосинтезу або послідовне становлення та зміну процесу перетворення сонячної енергії на хімічну для синтезу цукрів з вуглекислого газу, з виділенням кисню як побічний продукт.

У ході розвитку життя на землі перші фотосинтезуючі організми з'явилися досить рано і як джерела електронів використовували потужні відновники, такі як водень або сірководень [1] , тому спочатку весь фотосинтез був аноксигенним. У ході еволюції з'явилося безліч шляхів фіксації вуглекислого газу (нині представлених тільки у бактерій), включаючи три метаболічні шляхи, найбільш поширені в наш час:₃-фотосинтез, С₄-фотосинтез та CAM-фотосинтез. З цих трьох С₃-фотосинтез є найдавнішою та найбільш поширеною формою.

Походження Правити

Здатність використовувати воду як джерело електронів для фотосинтезу, мабуть, з'явилася одного разу у спільного предка сучасних ціанобактерій [2] . Геологічний літопис вказує, що ця подія мала місце на ранніх етапах історії Землі, принаймні 2450—2320 мільйонів років тому, а, як вважають деякі дослідники, можливо, навіть набагато раніше [3] [4] . Геобіологічні дослідження осадових порід архею (>2500 млн років тому) свідчать, що життя існувало 3500 млн років тому, але питання про те, коли виник оксигенний фотосинтез, залишається без чіткої відповіді. Перші скам'янілості, на яких, як вважають, надрукувалися нитчасті фотосинтезуючі організми, були датовані 3,4 млрд років [5] [6] . Чітке палеонтологічне вікно ціанобактеріальної еволюції відноситься до дати близько 2000 млн років тому, різноманітної біоти синьо-зелених водоростей. Ціанобактерії залишалися головними первинними продуцентами протягом усього протерозойського еону (2500—543 Ма), чому частково сприяла їхня здатність до азотофіксації. Наприкінці протерозою до ціанобактерій приєдналися зелені водорості, які швидко стали головними продуцентами на континентальних шельфах, але тільки з мезозою (251—265 Ма), з підвищенням чисельності та різноманітності динофлагелят, коколітофорид та діатомових водоростей. виду. Ціанобактерії, як і раніше, вкрай важливі для морських екосистем як первинні продуценти океану, фіксатори атмосферного азоту, а в зміненій формі як пластиди морських водоростей [7] .

Хлоропласти рослинних клітин (мох Plagiomnium affine).

Перші фотосинтезуючі організми, зелені та пурпурні сірчані, а також зелені та пурпурні несірні бактерії здійснювали аноксигенний фотосинтез, використовуючи різні органічні та неорганічні молекули як донори електронів.Зелені та пурпурні сірчані бактерії використовують водень, сірку або сірководень, а зелені несіркові використовують H₂S, H₂, цукру, амінокислоти та органічні кислоти як донори електронів. Пурпурні несірчані бактерії використовують H₂S, сірку чи різноманітні органічні речовини.

Основним джерелом кисню в атмосфері є оксигенний фотосинтез; його поява призвела до вимирання більшої частини анаеробної фауни древньої Землі, подія відома як киснева катастрофа. Геологічні дані свідчать, що кисневий фотосинтез досяг значної інтенсивності в період палеопротерозойської ери близько 2 млрд років тому.

Симбіоз та походження хлоропластів

Принаймні кілька груп тварин сформували симбіотичні відносини з фотосинтезуючими водоростями. До них відносяться корали, губки та морські анемони. Вважають, що це пов'язано з простим планом будови та великою поверхнею цих тварин у порівнянні з їх обсягом [8] . Крім того, кілька морських молюсків, Elysia viridis і Elysia chlorotica, вступають у симбіотичні відносини з хлоропластами, які вони захоплюють з водоростей, що поїдаються, і зберігають у своїх тілах. Це дозволяє їм виживати виключно за рахунок фотосинтезу протягом кількох місяців [9] [10] . Деякі гени водоростей, необхідні для фотосинтезу, навіть потрапили в клітинне ядро ​​цих слимаків [11] .

Як вважають, хлоропласти виникли саме внаслідок такого симбіозу. Вони мають багато спільного з фотосинтезуючими бактеріями, у тому числі кільцеву хромосому, рибосоми прокаріотичного типу та схожі білки фотосинтетичного реакційного центру [12] [13] . Ендосимбіотична теорія постулює, що хлоропласти утворилися в результаті ендоцитозу фотосинтезуючих бактерій давніми еукаріотами, внаслідок чого з'явилися перші рослинні клітини. Як і мітохондрії, хлоропласти мають власну ДНК, незалежну від ядерної ДНК їх клітин-господарів.Гени ДНК хлоропластів нагадують гени ціанобактерії [14] . Як вважають, ДНК хлоропластів кодує в основному редокс-білки, такі як реакційні центри фотосистем. Ця гіпотеза називається КоРР-гіпотеза або до-локалізація необхідна для Редокс Регуляції.

У 2010 вчені з Тель-Авівського університету виявили, що Східна шершень (Vespa orientalis) перетворює сонячне світло на електроенергію за допомогою пігменту ксантоптерину. Це перший науковий доказ того, що представник тваринного царства здатний до самостійного фотосинтезу [15].

Необхідно перевірити точність фактів та достовірність відомостей, викладених у цій статті.

На сторінці обговорення мають бути пояснення.

Еволюція шляхів фіксації вуглецю

Ви можете допомогти покращити переклад. Оригінал можна знайти ліворуч у списку мов.

Стаття, що повністю є машинним перекладом, може бути видалена на підставі критерію швидкого видалення С2.

Фотосинтез – це не просто реакція води та СО₂ з утворенням цукру та кисню. Сумарна реакція фотосинтезу йде складним хімічним шляхом, в якому задіяний цілий ряд ферментів і коферментів. Фермент Рубіско відповідає за фіксацію СО₂ тобто він приєднує його до вуглецевої молекули з утворенням тривуглецевого цукру, який може використовуватися рослиною. Однак цей фермент, як відомо, неефективний, і неспецифічно взаємодіє з O₂. Продукти цієї побічної реакції утилізуються у процесі, відомому як фотодихання. Це енергетично витратний процес, тому що рослині доводиться витрачати енергію, щоб перетворити продукти реакції₂ та молекули акцептора СО₂ назад у форму, яка може реагувати з СО ₂.

Концентрування вуглецю [невідомий термін] Правити

З₄-фотосинтез – відносно недавнє та цінне еволюційне придбання рослин. Воно є складним комплексом адаптивних змін фізіології та експресії генів [16] . Близько 7600 видів рослин використовують С₄-Шлях для фіксації вуглецю, що становить близько 3% всіх наземних видів рослин. Всі ці 7600 видів відносяться до покритонасінних.

У ході еволюції С₄-Рослини придбали механізм концентрування вуглецю. Він працює за рахунок збільшення концентрації СО₂ поблизу Рубіско, тим самим сприяючи стимуляції фотосинтезу та придушення фотодихання. Процес концентрації СО₂ потребує багато енергії, але за певних умов — високої температури (>25 °с) та низької концентрації СО2 або високої концентрації кисню — він окупається з точки зору зниження втрат цукрів через фотодихання.

CAM-фотосинтез названий на честь сімейства Crassulaceae, до якого належить Товстянка яйцеподібна

Інший механізм концентрування вуглецю – CAM-фотосинтез, який розвинувся у деяких рослин як адаптація до аридних умов [17] [18] . Найважливіша перевага CAM-фотосинтезу – можливість тримати більшість продихів листа закритими протягом дня. Це дозволяє знизити втрати води внаслідок транспірації. Продихання відкриваються вночі, щоб зібрати СО ₂, що зберігається у вакуолях у вигляді чотиривуглецевої органічної кислоти малата, а потім використовується в ході фотосинтезу протягом дня. Попередньо зібрані СО ₂ концентрується навколо ферменту Рубіско, що призводить до підвищення ефективності фотосинтезу.

CAM-фотосинтез неодноразово виникав у різних групах рослин і розвивався шляхом конвергентної еволюції [19] . Такий тип фотосинтезу зафіксований у 16,000 видів (близько 7 % всіх рослин), що належать до більш ніж 300 родів із 40 сімейств, але вважається, що реальна кількість значно вища [20] . CAM-фотосинтез виявлений у роду Isoetes (родичів Плаунових), папоротей та голонасінних, але переважна більшість рослин з CAM-фотосинтезом відносяться до покритонасінних.

Еволюційний літопис

Обидва механізми підвищення концентрації вуглекислого газу в Рубіско розвивалися незалежно і неодноразово виникали в процесі еволюції. Так, С₄ виник близько 62 разів у 18 різних рослинних сімействах. Ряд преадаптацій сприяв виникненню С4-шляху, в результаті він часто виникав у певних скарбах: це найчастіше були рослини, які вже мали такі якості, як наприклад обширна обкладка пучка, що проводить [21] . Дослідження показують, що є кілька можливих шляхів розвитку С₄-фотосинтезу, що було підтверджено з використанням Байєсовського висновку [16] .

З₄-Фотосинтез найбільш широко представлений серед трав, а CAM-Фотосинтез – у суккулентів, у тому числі кактусів. Ця ознака, мабуть з'явилася в період Олігоцена, близько 25 до 32 мільйонів років тому [22] однак, вони не були екологічно значущими аж до міоцену, 6-7 мільйонів років тому [23] . Примітно, що деякі скам'янілості з кам'яного вугілля демонструють наявність Кранц-анатомії, з неушкодженою обкладкою пучка, що проводить, що без сумніву говорить про наявність С₄-метаболізму.

Коли С₄ – Це перевага? Правити

Хоча С₄ та підвищує ефективність Рубіско, концентрування вуглецю потребує великих витрат енергії. Це означає, що C₄-Рослини мають перевагу в порівнянні З₃ тільки в певних умовах: а саме, висока температура та мала кількість опадів. З₄-Рослин також потребують високого рівня сонячного світла [24] . Моделі показують, що без пожеж, які прибирали дерева, що затіняють, і чагарники, для C₄-Рослини просто не було б умов для зростання [25] . Однак лісові пожежі відбувалися протягом майже 400 мільйонів років — чому ж₄-Фотосинтез не з'явився в той час, а потім раптово відбулося його неодноразове виникнення? У кам'яновугільному періоді (~300 мільйонів років тому) був украй високий рівень кисню — майже достатній, щоб сталося самозаймання — і дуже низький рівень СО₂, але при цьому відсутня₄ ізотопний підпис. Тобто цей фактор не був причиною раптового виникнення С₄-Рослин у міоцені.

Протягом міоцену, атмосфера та клімат були відносно стабільними. Кількість СО₂ поступово збільшувалося в період з 14 до 9 мільйонів років тому перед тим як стабілізуватися на рівні, характерному для голоцену [26] . Це говорить про те, що він не грав ключової ролі у виникненні С₄-Рослин [22] . Трави (група, в якій найчастіше виникав С₄-Фотосинтез) існували вже 60 мільйонів років або більше, так що мали достатньо часу, щоб розвинути С₄-Шлях [27] [28] , який у будь-якому випадку присутній у різноманітних груп і, отже, розвивалися незалежно. Є сильний сигнал зміни клімату в Південній Азії [22] збільшення посушливості – отже збільшується частота та інтенсивність пожеж – що могло призвести до збільшення значущості лука [29] . Однак це важко узгодити з геологічним літописом Північної Америки. [22] . Можливо, що сигнал є повністю біологічним, викликаний пожежами та травоїдними [30], які прискорили еволюцію трави. Трави у свою чергу за рахунок збільшення вивітрювання та посилення відкладення вуглецю, знизили атмосферний рівень СО₂ [30]. Зрештою, є свідчення того, що початок С₄-Фотосинтеза з 9 до 7 мільйонів років тому – це неоднозначний сигнал, який справедливий тільки для Північної Америки, звідки походить більшість зразків; з'являються нові свідчення те, що трав'янисті рівнини стали панівним біомом у Південній Америці як мінімум на 15 мільйонів років раніше.

також Правити

Примітки

1. ↑Olson J.M. Photosynthesis в Archean era (англ.) // Drugs(англ.) (рус. . – Adis International, 2006. – May (vol. 88, no. 2). – P. 109-117. – doi: 10.1007/s11120-006-9040-5. – PMID 16453059.
2. ↑Cardona T., Murray JW, Rutherford, AW.Початок і розвиток Waxi Oxidation перед останньою компанією Ancestor of Cyanobacteria(англ.) // Molecular Biology and Evolution(англ.) (рус.: journal. – Oxford University Press, 2015. – May (vol. 32, no.5). – P. 1310-1328. – doi: 10.1093/molbev/msv024. – PMID 25657330. – PMC4408414.
3. ↑Akiko Tomitani.Evolutionary diversification of cyanobacteria: Molecular-phylogenetic and paleontological perspectives(англ.) // Proceedings of National Academy of Sciences of United States of America: journal. – 2006. – April (vol. 103, no. 14). – P. 5442-5447. – Doi: 10.1073/pnas.0600999103. – Bibcode: 2006PNAS..103.5442T. – PMID 16569695. – PMC1459374.
4. ↑Cyanobacteria: Fossil Record(неопр.) . Ucmp.berkeley.edu. Дата звернення: 26 серпня 2010 року.Архівовано з оригіналу 24 серпня 2010 року.
5. ↑Photosynthesis got a really early start, New Scientist, 2 October 2004
6. ↑Revealing the dawn of photosynthesis, New Scientist, 19 August 2006
7. ↑Herrero A., Flores E. The Cyanobacteria: Molecular Biology, Genomics and Evolution (англ.). – 1st. – Caister Academic Press(англ.) (рус., 2008. – ISBN 978-1-904455-15-8.
8. ↑Venn A.A., Loram J.E., Douglas A.E.Photosynthetic symbioses in animals(англ.) // Journal of Experimental Botany: journal. – Oxford University Press, 2008. – Vol. 59, no. 5 . – P. 1069-1080. – Doi: 10.1093/jxb/erm328. – PMID 18267943.
9. ↑Rumpho M.E., Summer E.J., Manhart J.R. Solar-powered sea slugs. Mollusc/algal chloroplast symbiosis (англ.) // Plant Physiology: journal. – American Society of Plant Biologists, 2000. – May (vol. 123, no. 1). – P. 29-38. – doi: 10.1104/pp.123.1.29. – PMID 10806222. – PMC1539252.
10. ↑Muscatine L., Greene R.W. Chloroplasts and algae as symbionts in molluscs (англ.) // Int. Rev. Cytol.(англ.) – 1973. – Vol. International Review of Cytology. – P. 137-169.
11. ↑Rumpho M.E., Worful J.M., Lee J., Kannan K., Tyler M.S., Bhattacharya D., Moustafa A., Manhart J.R. Horizontal gen transfer of algal nuclear gene psbO to photosynthetic sea slug Elysia chlorotica (англ.) // Proceedings of National Academy of Sciences of United States of America: journal. – 2008. – November (vol. 105, no. 46). – P. 17867-17871. – Doi: 10.1073/pnas.0804968105. – Bibcode: 2008PNAS..10517867R. – PMID 19004808. – PMC2584685.
12. ↑Douglas S.E. Plastid evolution: origins, diversity, trends (неопр.) // Curr. Opin. Genet. Dev. – 1998. – December (т. 8, № 6). – С. 655-661. – doi: 10.1016/S0959-437X (98) 80033-6. – PMID 9914199.
13. ↑Reyes-Prieto A., Weber A.P., Bhattacharya D. Початок і встановлення plastid in algae and plants (англ.) // Annu. Rev. Genet. : journal. – 2007. – Vol. 41 . – P. 147-168. – doi: 10.1146/annurev.genet.41.110306.130134. – PMID 17600460.
14. ↑Raven J.A., Allen J.F. Genomics and chloroplast evolution: what did cyanobacteria do for plants? (англ.) // Genome Biol.(англ.) (рус.: journal. – 2003. – Vol. 4, no. 3. – P. 209. – doi: 10.1186/gb-2003-4-3-209. – PMID 12620099. – PMC153454.
15. ↑Plotkin, M.; Hod, I.; Zaban, A.; Boden, S. A.; Bagnall, DM; Galushko, D.; Bergman, DJ. Solar energy harvesting in the epicuticle of the oriental hornet (Vespa orientalis) (англ.) // Naturwissenschaften(англ.) (рус.: journal. – 2010. – Vol. 97, no. 12. – P. 1067-1076. – doi: 10.1007/s00114-010-0728-1. – Bibcode: 2010NW. 97.106
16. ↑ 12Williams B.P., Johnston I.G., Covshoff S., Hibberd J.M. Phenotypic landscape inference reveals multiple evolutionary paths до C₄ photosynthesis (англ.) // eLife: journal. – 2013. – September (vol. 2). – P. e00961. – Doi: 10.7554/eLife.00961. – PMID 24082995.
17. ↑ C. Michael Hogan. 2011 року. Respiration. Encyclopedia of Earth. Eds. Mark McGinley & C.J.cleveland. національний університет для науки і природи. Washington DC
18. ↑ Herrera, A. (2008), Crassulacean acid metabolism and fitness під water deficit stress: якщо не для карбон gain, який є факультативний CAM good for?, Annals of Botany Т. 103 (4): 645-653, DOI 10.1093/aob/mcn145
19. ↑Keeley Jon E. Rundel Philip W.Evolution of CAM and C4 Carbon‐Concentrating Mechanisms(англ.) // International Journal of Plant Sciences: journal. – 2003. – Vol. 164, no. S3. – P. S55. – Doi: 10.1086/374192.
20. ↑Dodd A. N. Borland A. M. Haslam R. P. Griffiths H. Maxwell K. Crassulacean acid metabolism: plastic, fantastic (англ.) // Journal of Experimental Botany: journal. – Oxford University Press, 2002. – Vol. 53, no. 369 . – P. 569-580. – doi: 10.1093/jexbot/53.369.569. – PMID 11886877.
21. ↑Christin, P.-A.; Osborne, CP; Chatelet, D. S.; Columbus, JT; Besnard, G.; Hodkinson, T. R.; Garrison, L. M.; Воронцова, М. С.; Edwards, EJ. Anatomical enablers і еволюція C4 photosynthesis in grasses (англ.) // Proceedings of National Academy of Sciences of United States of America: journal. – 2012. – Vol. 110, no. 4 . – P. 1381-1386. – Doi: 10.1073/pnas.1216777110. – Bibcode: 2013PNAS..110.1381C.
22. ↑ 1234Osborne, CP; Beerling, DJ.(англ.) (Рус. .Review. Nature's green revolution: the remarkable evolutionary rise of C₄ plants(англ.) // Philosophical Transactions of Royal Society B: journal. – 2006. – Vol. 361, no. 1465 . – P. 173-194. – doi: 10.1098/rstb.2005.1737. – PMID 16553316. – PMC1626541. (недоступне посилання)
23. ↑Thomasson, JR; Nelson, M.E.; Zakrzewski, R.J. A Fossil Grass (Gramineae: Chloridoideae) від Miocene with Kranz Anatomy (англ.) // Science: journal. – 1986. – Vol. 233, no. 4766 . – P. 876-878. – doi: 10.1126/science.233.4766.876. – Bibcode: 1986 Sci. 233..876T. – PMID 17752216.
24. ↑Osborne, P.; Freckleton, P.; Osborne; Freckleton. Ecological selection pressures для C4 photosynthesis in the grasses (англ.) / / Proceedings. Біологічні науки / Royal Society: journal. – 2009. – February (vol. 276, no. 1663). – P. 1753-1760. – ISSN0962-8452. – doi: 10.1098/rspb.2008.1762.- PMID 19324795. – PMC2674487.
25. ↑Bond, WJ; Woodward, F.I.; Midgley, G.F. Global distribution of ecosystems in world without fire (англ.) // New Phytologist(англ.) (рус.: journal. – 2005. – Vol. 165, no. 2. – P. 525-538. – doi: 10.1111/j.1469-8137.2004.01252.x. – PMID 15720663.
26. ↑Pagani, M.; Zachos, J.C.; Freeman, K.H.; Tipple, B.; Bohaty, S. Зафіксований Деклін в атмосферний карбон диоксиду концентрацій протягом paleogene (англ.) // Science: journal. – 2005. – Vol. 309, no. 5734 . – P. 600-603. – Doi: 10.1126/science.1110063. – PMID 15961630.
27. ↑Piperno, D.R. Sues, H.D. Dinosaurs Dined on Grass (англ.) // Science. – 2005. – Vol. 310, no. 5751 . – P. 1126-1128. – Doi: 10.1126/science.1121020. – PMID 16293745.
28. ↑Prasad, V.; Stroemberg, C.A.E.; Alimohammadian, H.; Sahni, A. Dinosaur Coprolites and Early Evolution of Grasses and Grazers (англ.) // Science (Washington): journal. – 2005. – Vol. 310, no. 5751 . – P. 1177-1180. – Doi: 10.1126/science.1118806. – Bibcode: 2005Sci. 310.1177P. – PMID 16293759.
29. ↑Keeley, J.E. Rundel, P.W. Fire and the Miocene expansion of C4 grasslands (англ.) // Ecology Letters(англ.) (рус.: journal. – 2005. – Vol. 8, no. 7. – P. 683-690. – doi: 10.1111/j.1461-0248.2005.00767.x.
30. ↑ 12Retallack, GJ. Cenozoic Expansion of Grasslands and Climatic Cooling (англ.) // The Journal of Geology(англ.) (рус.: journal. – 2001. – Vol. 109, no. 4. – P. 407-426. – doi: 10.1086/320791. – Bibcode: 2001JG. 109..407R).

Два мільярди років тому небо було темно-коричневим

В останнє десятиліття інтенсивно розвивається нова область палеонтології – наука про викопні бактерії.Виявилося, що у камені зберігаються як скелети великих скелетів динозаврів чи молюсків, а й різноманітні залишки мікроорганізмів. Саме ці знахідки розповідають нам про найраніші прояви земного життя, про те, якою була наша планета два мільярди років тому.

Про найдавніших копалин розповідає провідний науковий співробітник Геологічного інституту Російської академії наук Володимир Сергєєв.

– Коли розпочалося вивчення викопних мікроорганізмів?

– Якщо палеонтологія розвивається вже близько 250 років, то говорити про вивчення найдавніших мікроорганізмів ми можемо лише починаючи з 1950-х років. Саме тоді в Канаді та у нас у розрізах Уралу були зроблені перші знахідки найдавніших залишків мікроорганізмів. У Північній Америці вони були виявлені в кремені віком два мільярди років. У нас знахідки були зроблені у сланцях, і звідти вони витягувалися за стандартною палінологічною технологією та вивчалися у препаратах.

Перші вчені, які помітили викопні мікроорганізми палінологи (палінологія – від грец. paline – тонкий пил, комплекс галузей наук, насамперед ботаніки, пов'язаних з вивченням пилку та спор.). Ці дослідники застосували стандартну методику вивчення, яка широко застосовувалася вивчення відкладень до більш древнім товщам.

– Класична палеонтологія, якою займаються 250 років, вивчає останки великих копалин, які жили до 600 мільйонів років тому. А дослідження, що почалися в середині минулого століття, відразу відсунули межу пізнання на півтора мільярда років тому, тобто було здійснено величезний стрибок у часі.

– Абсолютно вірно. Найважче було довести, що це залишки мікроорганізмів.Перша інформація про те, що останки докембрійських організмів справді мають місце, надходили на початку XX століття. Але в 1930-1940-ті роки це не було підтримано, тому що вважалося, що мікроорганізми просто не можуть зберегтися в породах такого стародавнього віку. І лише після Другої світової війни з розвитком засобів мікроскопії було переконливо показано, що це справді мікроорганізми. Після цього напрям досліджень почав широко поширюватися. Слідом за Північною Америкою були знахідки мікроорганізмів в Австралії, в Африці, причому у відкладеннях віком більше трьох мільярдів років.

– З якими головними проблемами зіткнулися вчені щодо викопних мікроорганізмів?

– Часто постало питання, чи маємо ми справу з останками мікроорганізмів чи подібними мінеральними утвореннями сферичної чи ниткоподібної форми. Виявилося, що є звані осадові преципітати: внаслідок хімічних реакцій виникають структури, схожі на біологічні. І це було джерелом багатьох помилок. У свій час, коли знаходили шаруваті структури у відкладах раннього архея, говорили, що це строматоліти, а якщо є строматоліти, то ми, безсумнівно, маємо останки ціанобактеріальних угруповань. (Строматоліти від грецьк.

Іншою серйозною проблемою, що постала перед палеонтологами, стали сучасні мікроорганізми або грибки, які потрапляли в препарати та їх описували як древні копалини форми.На найдавніших етапах розвитку нашої планети земля була населена здебільшого ціанобактеріями (синьо-зелені водорості), які безроздільно панували перші мільярди років її існування. Більшість їх має сучасні аналоги, на родовому і навіть видовому рівні вони мало змінюються. Звичайно, коли якісь організми потрапляли в препарат або навіть якимось чином у шліф, їх приймали за давні мікроорганізми.

– Як сьогодні відрізняють забруднення від справжніх давніх мікроорганізмів?

– Коли дослідник досить довго працює над стародавніми мікроорганізмами, він вже досить чітко уявляє, які критерії застосовні для відмінності стародавніх бактерій від сучасних. Це пов'язано і з формою безпеки, з кольором мікроостанків, що збереглися. Тому сьогодні коли нагромаджено багатий досвід, помилок стає менше.

– Чи можемо ми впевнено стверджувати, що три мільярди років тому на Землі було життя?

– Різні дослідники ставляться по-різному на час появи життя Землі. Одні налаштовані песимістичніше, інші – менш. Я, наприклад, належу до найбільш скептично налаштованих. Три з половиною мільярди років – це той рубіж, про який можна принаймні дослідити. Далі питання – втрачає сенс.

Всі згодні, що життя на Землі існує приблизно два з половиною мільярди років. Залишки мікроорганізмів у породах цього віку є. Найдавніша знахідка була зроблена в Південній Африці у Трансваалі. У відкладах, яким 2,8-2,7 мільярда років, ми також можемо виявити залишки, які з ймовірністю 70-80% можна вважати залишками мікроорганізмів.Зараз окрім безпосередньо залишків мікроорганізмів досить велику популярність набувають біомаркери – хімічні компоненти, які характерні для різних груп органічного світу.

Знахідки змінених стерин (стерини – поліциклічні спирти, що належать до класу стероїдів. Стерини містяться в біологічних мембранах всіх організмів) відомі у відкладеннях, що сформувалися 2,7 мільярда років тому. Знайдено біомаркери, характерні як синьо-зелених водоростей, так еукаріотних клітин. А далі починаються, на жаль, значно сильніше перероблені породи.

– Як вплинули найдавніші синьо-зелені водорості на атмосферу Землі?

– Вони її багато в чому сформували. Існують різні типи фотосинтезу, як ми знаємо, але саме ціанобактерії змогли реалізувати тип фотосинтезу з двома селекційними фотоцентрами, викидаючи як побічний продукт в атмосферу вільний кисень. Очевидно, із цього почалося насичення атмосфери киснем. В Інституті мікробіології проводилися дуже цікаві досліди: брали ціанобактеріальні спільноти та поміщали у різні газові середовища. І який би не був початковий склад газового середовища, зрештою виходило газове середовище, близьке до складу сучасної атмосфери. Ці найцікавіші експерименти проводила група академіка Заварзіна.

Можна говорити, що весь кисень, який ми маємо в атмосфері, створено синьо-зеленими водоростями. Але спочатку весь кисень, який у атмосферу, він зв'язувався залізом. Тому що надходила велика кількість заліза в первинні океани, і весь кисень, що виділяється, йшов на окислення залізних руд. І приблизно 95% відомих залізних руд мають нижній докембрійський вік.Однак потім з диференціацією Землі на ядро ​​і верхні шари, стався відтік заліза до залізонікелевого ядра, і залізо перестало надходити в океани. І після цього ціанобактерії змогли осадити залізо в океанах та почали насичення з атмосфери вільним киснем. Довгий час вважалося, що це сталося приблизно два мільярди років тому, але зараз отримано останні геохімічні дані, які показують, що це могло статися набагато раніше – 2,7-2,8 мільярда років тому.

Все взаємозалежне: поки залізо надходило в океани, не було можливості створити кисневу атмосферу, і не було можливості розвитку для еукаріотного, багатоклітинного життя, оскільки їй потрібна вища киснева енергетика.

– Коли з'явилися перші ціанобактерії, розпочався фотосинтез та виділення вільного кисню?

– До двох мільярдів років тому палеонтологічний літопис є репрезентативним. І на цьому рівні практично всі основні роди та види ціанобактерій вже існували. Очевидно, океани залишалися безкисневими до двох мільярдів років тому, доки відбулася диференціація Землі на ядро ​​і мантію, і залізо перестало надходити в океани. В атмосфері, мабуть, кисень став накопичуватися раніше, оскільки отримані геохімічні дані говорять про те, що кисень з'являється в атмосфері 2,7-2,8 мільярда років тому. У принципі можна говорити про появу ціанобактерій три мільярди років тому, можливо 3,5, але тут уже питання не зовсім однозначне.

Два мільярди років тому Земля була несхожою на те, що ми бачимо сьогодні.Плоськими континентами текли неживі річки, темно-бурі океани були заселені величезною кількістю ціантобактерій, які будували строматоліти на мілководді, виділяли кисень і насичували їм атмосферу. І були перші одноклітинні тварини організми, які копошилися в цьому синьо-зеленому слизу, де був підвищений вміст кисню.

Земля була однакова і, швидше за все, сіра. До двох мільярдів років тому небо було інше – темно-коричневе. А два мільярди років тому небо почало голубіти, океани очистилися від заліза, і теж стали нагадувати сучасні.