Однажды кислород уничтожил почти все живое на Земле: как и когда это произошло

Фото: Big Think

Хотя жизнь появилась на ранней стадии истории Земли, только примерно 2,7 млрд лет назад цианобактерии, ранний фотосинтезирующий организм, начали обильно производить кислород. Кислород постепенно начал накапливаться в атмосфере в течение сотен миллионов лет, пока внезапно не вызвал превращение Земли в огромный снежный ком. В течение примерно 300 млн лет Земля оставалась замороженной, но те немногие живые организмы, которые сохранились, продолжали борьбу за выживание, пишет Big Think.

Планета Земля образовалась более 4,5 млрд лет назад, а жизнь на ней впервые возникла всего лишь несколько сотен миллионов лет спустя. Но ни одно событие не приблизило конец жизни на Земле ближе, чем Кислородная катастрофа. Медленное изменение атмосферы Земли за счет постепенного добавления кислорода оказалось фатальным для наиболее распространенных типов организмов, существовавших в то время на планете. В течение нескольких сотен миллионов лет на Земле продолжался ледниковый период, когда планета превратилась в огромный снежный ком. Эта катастрофа практически полностью положила конец жизни на Земле.

Первая жизнь на Земле

При практически полном отсутствии конкурентов и хищников и при практически неограниченных ресурсах живая популяция организмов первоначально будет расти в геометрической прогрессии. С каждым последующим поколением организмов уровни потребления ресурсов растут, продукты метаболизма продолжают увеличиваться в количестве и концентрации, а общая популяция организмов продолжает расти и расти. Пока ресурсы доступны и окружающая среда остается нетоксичной для популяции организмов, этот процесс будет продолжаться.

Но всегда есть предел, поскольку в любой среде всегда существует конечное количество ресурсов. В какой-то момент метаболические процессы, которые эти организмы используют для управления своими жизненными функциями, будут производить достаточное количество отходов, которые достигают критического уровня. В конечном итоге создается среда, токсичная для популяции организма.

На самых ранних этапах развития Земли возникла простая форма жизни: одноклеточные организмы. Имеются явные доказательства существования одноклеточных бактерий в течение первого миллиарда лет истории Земли.

Одной из отличительных черт биологической эволюции является то, что жизнь будет мутировать и развиваться, чтобы заполнить каждую доступную экологическую нишу. Из этих самых ранних форм жизни возникли археи, способные выжить в глубоком море вокруг гидротермальных источников. Через сотни миллионов лет после возникновения самых первых организмов, появились первые полностью фотосинтезирующие организмы.

Появился класс организмов, которые используют воду для фотосинтеза – цианобактерии. В отличие от других организмов, цианобактерии производят молекулярный кислород в качестве побочного продукта. Цианобактерии стали особенно многочисленными примерно через 2 млрд лет после образования Земли.

Слишком много кислорода

Где-то между 2,5 и 3,0 млрд лет назад в атмосфере Земли накопилось слишком много свободного кислорода. Медленно, но верно содержание кислорода начало расти, и организмы с, казалось бы, неограниченным ресурсом, то есть солнечным светом, начали процветать и размножаться, и добавлять отходы в окружающую среду, в частности речь идет о кислороде.

Но выбросы кислорода привели к катастрофе. Цианобактерии, добившиеся огромного успеха благодаря неограниченному источнику питательных веществ превратились в разрушителей. Как только они начали производить кислород, присутствие этой молекулы систематически удаляло метан из атмосферы Земли. Потеря метана, молекулы, которая удерживает тепло, значительно уменьшила парниковый эффект, в результате чего глобальные температуры начали снижаться.

В то же время кислород, вырабатываемый цианобактериями, уничтожил большинство других, не использующих кислород форм жизни, поскольку кислород был для них токсичен. Единственная причина, по которой Земля в то время была планетой с умеренным климатом, покрытой жидкой водой, заключалась в раннем парниковом эффекте.

Масштабный ледниковый период

Выработка энергии Солнцем была намного ниже и поэтому большое количество атмосферного метана было единственным, что поддерживало на Земле тепло, достаточное для того, чтобы на ее поверхности могла быть жидкая вода. Поскольку кислород разрушал парниковый газ, планета не могла сохранять тепло. Это породило ледниковый период, который продолжался примерно 300 млн лет.

Каким бы катастрофическим это ни было для большинства организмов, живших в то время на Земле, цепочка жизни в тот момент не оборвалась. Несмотря на отравление окружающей среды, цианобактерии продолжали процветать по крайней мере в некоторых средах на Земле. Между тем, популяции других немногих выживших организмов эволюционировали в разных направлениях. Это привело к появлению более сложных организмов, которые имели шансы выжить.

После окончания ледникового периода на Земле появились первые клетки-эукариоты. Они позже дали начало всем ныне живущим растениям, грибам и животным. Некоторые ученые считают, что человечество никогда бы не возникло, если бы кислород не разрушил богатую метаном атмосферу и не дал жизни возможность развиваться новом направлении. Предполагается, что 2,5 млрд лет назад на Земле произошло самое масштабное массовое вымирание за всю ее историю.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ARDinform