Hapnik moodustab 21% Maa atmosfäärist ja meil on vaja seda hingata. Muistsed bakterid arendasid kaitsvaid ensüüme, mis takistasid hapnikul nende DNA-d kahjustada, kuid mis evolutsioonilise stiimuli nad selleks pidid tegema? Teadlased on avastanud, et liustikujää pinnale tabanud ultraviolettvalgus võib vabastada molekulaarse hapniku. Selle jää lähedal elavad bakterikolooniad oleks selle kaitsevõime arendamiseks vaja läinud. Seejärel olid nad hästi varustatud, et tulla toime atmosfääri hapniku kasvuga, mis on toodetud teiste, tavaliselt toksiliste bakterite poolt.
Kaks ja pool miljardit aastat tagasi, kui meie evolutsioonilised esivanemad olid bakteri plasmamembraanis vaid natuke kui näksus, sai fotosünteesiks tuntud protsess äkitselt võime vabastada Maa atmosfääri molekulaarset hapnikku, põhjustades keskkonnas ühe suurima keskkonna muutuse. meie planeedi ajalugu. Vastutavateks organismideks olid tsüanobakterid, mis on teadaolevalt arendanud võimet muuta vesi, süsinikdioksiid ja päikesevalgus hapnikuks ja suhkruks ning on tänapäevalgi ümber sinihallide vetikate ja kloroplastidena kõigis rohelistes taimedes.
Kuid teadlased on juba ammu hämmingus, kuidas sinivetikad saaksid kogu selle hapniku ilma enda mürgituseta. Selleks, et nende DNA ei puruneks hüdroksüülradikaali poolt, mis looduslikult toimub hapniku tootmisel, oleks sinivetikates pidanud arenema kaitseensüümid. Kuid kuidas võis looduslik valik viia sinivetikatest neid ensüüme edasi arenema, kui nende järele polnud veel vajadust?
Nüüd pakuvad kaks California Tehnikainstituudi teadlaste rühma selgitust, kuidas sinivetikatega oleks võinud seda pealtnäha lootusetuid vastuolusid vältida. Raportid Rahvusliku Teaduste Akadeemia (PNAS) 12. detsembri toimetusest, mis on sel nädalal Internetis kättesaadavad, näitavad rühmad, et liustikujää pinnale lööv ultraviolettvalgus võib põhjustada külmunud oksüdeerijate kogunemise ja molekulaarse hapniku võimaliku vabanemise ookeanid ja atmosfäär. See mürgitrikkel võib seejärel juhtida hapniku kaitsvate ensüümide arengut paljudes mikroobides, sealhulgas tsüanobakterites. Planeediteaduse professori Yuk Yungi ja Van Wingeni geobioloogia professori Joe Kirschvinki sõnul on UV-peroksiidilahendus „üsna lihtne ja elegantne“.
"Enne hapniku ilmnemist atmosfääri ei olnud osooniekraani, mis takistaks ultraviolettvalguse sattumist pinnale," selgitab Kirschvink. “Kui ultraviolettvalgus satub veeaurule, muundab see osa sellest vesinikperoksiidiks, nagu näiteks asjad, mida ostate supermarketist juuste pleegitamiseks, lisaks natuke vesinikgaasi.
„Tavaliselt ei kestaks see peroksiid tagasireaktsioonide tõttu väga kaua, kuid jäätumise ajal külmub vesinikperoksiid ühe kraadi võrra vee külmumispunktist madalamal. Kui ultraviolettvalgus oleks tunginud liustiku pinnale, oleks jääkogusse jäänud väikeses koguses peroksiidi. ” See protsess toimub tegelikult Antarktikas tänapäeval, kui moodustub osooniauk, mis laseb tugeval ultraviolettvalgel jääle lüüa.
Enne kui Maa atmosfääris leidus hapnikku või UV-ekraani, oleks jääjää voolanud allamäge ookeani, sulanud ja lasknud teatud koguses peroksiidi otse merevette, kus teist tüüpi keemiline reaktsioon muutis peroksiidi tagasi veeks ja hapnik. See juhtus kaugel ultraviolettvalgusest, mis tapaks organisme, kuid hapniku sisaldus oli nii madal, et sinivetikad oleksid hapnikumürgituse ära hoidnud.
“Ookean oli ilus koht, kus hapnikku kaitsvad ensüümid arenesid,” räägib Kirschvink. "Ja kui need kaitsvad ensüümid olid paigas, sillutas see teed nii hapniku tekitava fotosünteesi arenguks kui ka aeroobseks hingamiseks, et rakud saaksid tegelikult hapnikku hingata nagu meie."
Teooria tõendusmaterjal pärineb Caltechi planeediteaduse hiljuti lõpetanud peaautori Danie Liangi arvutustelt, kes on praegu Taiwani Taipei ülikoolis Academia Sinica keskkonnamuutuste uurimiskeskuses.
Liang väitis, et Makganyene lumepallimaana tuntud tõsine külmutamine toimus 2,3 miljardit aastat tagasi, umbes siis, kui sinivetikad arendasid nende hapnikutootmise võimalusi. Lumepalli Maa episoodi ajal oleks võinud talletada piisavalt peroksiidi, et toota peaaegu sama palju hapnikku kui praegu atmosfääris.
Täiendava tõendina on see hinnanguline hapnikusisaldus piisav ka Kalahari mangaanivälja sadestumise selgitamiseks Lõuna-Aafrikas, kus on 80 protsenti mangaani majanduslikest varudest kogu maailmas. See maardla asub vahetult Makganyene lumepalli viimase geoloogilise jälje peal.
"Me arvasime, et pärast seda jäätumist on mangaan merre sattunud sinivetikaõits," ütles Liang. "Kuid see võis olla lihtsalt peroksiidi lagunemisel tekkinud hapnik pärast lumepalli, mis seda tegi."
Lisaks Kirschvinkile, Yungile ja Liangile on teisteks autoriteks Hyman Hartman MIT-i biomeditsiinitehnika keskusest ja Caltechi geobioloogia magistrand Robert Kopp. Hartman koos Chris McKay'ga NASA Amesi uurimiskeskusest olid varakult vesinikuperoksiidi rolli kohta hapniku fotosünteesi tekkes ja arengus, kuid nad ei suutnud Maa eelambriibi keskkonnas tuvastada selle jaoks head anorgaanilist allikat.
Algne allikas: Caltech News Release
