Исследование международной группы ученых показало, что 2,75 миллиарда лет назад, в ранних океанах Земли под влиянием вулканической активности накапливался азот. Он помог развитию микробную жизнь, которая привела к Великому кислородному событию, после которого земная атмосфера была обогащена кислородом и началось развитие сложных форм жизни. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Вулканическая активность 2,75 миллиарда лет назад положила начало сложных форм жизни на Земле
Вулканы сыграли огромную роль в развитии земной жизни. Википедия
Великое кислородное событие связано с деятельностью цианобактерий, которые «наладили» процессы фотосинтеза и начали насыщение атмосферы кислородом. Но сами бактерии не могли появиться вдруг и ниоткуда, что-то должно было подтолкнуть их эволюцию. Теперь процессы, предшествующие Великому кислородному событию, становятся яснее. Видимо, причина в активном земном вулканизме.
Исследовательская группа под руководством доктора Эшли Мартина из Нортумбрийского университета в сотрудничестве с экспертами в области геологии, микробиологии и геохимии изучила древние строматолиты, сохранившиеся на юге Зимбабве. Их исследование было сосредоточено на понимании процессов круговорота азота в ранних экосистемах Земли.
Азот необходим для жизни, но сначала он должен быть преобразован в биодоступные формы, поскольку он перемещается через атмосферу, почву, растения и животных в азотном цикле.
Группа считает, что необычные изотопные структуры азота, обнаруженные в Зимбабве, дают новое понимание механизмов, действовавших в ранней морской среде Земли до Великого кислородного события, которое произошло между 2,5 и 2,3 миллиардами лет назад. Это событие, которое, вероятно, было вызвано эволюцией фотосинтеза, является важной вехой в истории Земли, и оно привело к первому повышению концентрации кислорода в атмосфере Земли.
Докислородная Земля
2,75 миллиарда лет назад. Гидротермальные потоки, богатые растворенным аммонием (NH4+) и другими ключевыми питательными веществами, высвобождаются в глубоком бассейне и накапливаются в более глубоких водах, усваиваются биологическими организмами и приводят к отрицательным значениям изотопов азота в глубоководных отложениях, которые в конечном итоге формируют сланцевые породы. Оставшийся растворенный NH4+, который достигает поверхности в результате процессов апвеллинга, обогащается изотопом N-15 и отлагается в мелководных карбонатах.
Ученые долго спорили о биологических и химических условиях, которые привели к Великому кислородному событию, и было мало что известно о циклах азота до того, как оно произошло. В этот момент ранняя Земля выглядела совсем иначе, чем сегодня, и большая часть земной поверхности, все еще была покрыта океанами.
Соавтор работы доктор Мартин говорит: «Существует два ключевых питательных вещества, которые контролируют продуктивность океанов в геологических временных масштабах — азот и фосфор. Вместе они в конечном итоге контролируют продуктивность морской жизни».
Ученый объясняет: «Наше исследование показывает высокие значения изотопов азота в мелководных строматолитах возрастом 2,75 миллиарда лет и более низкие значения азота в более глубоких морских отложениях. Это говорит о том, что аммоний, представляющий собой азот в восстановленной форме, накапливался в глубоких водах и был перенесен на мелководье в результате апвеллинга — подъема богатых питательными веществами глубинных вод к поверхности океана».
«Большой резервуар аммония был бы очень полезен для ранней жизни, обеспечивая источник азота, необходимый для протекания биологических процессов. Эти условия в океане, бедном растворенным кислородом с сильным вулканическим или гидротермальным влиянием, помогли росту микроорганизмов и проложили путь к Великому кислородному событию», — уточняет доктор Мартин.
Влияние вулканической активности на раннюю жизнь
Пример строматолитов, изученных в рамках исследования, найден в формации Чешир зеленокаменного пояса Белингве, Зимбабве.
Соавтор работы доктор Ева Штюкен из Университета Сент-Эндрюс объяснила: «Мы давно были озадачены необычными уровнями изотопов азота в этих породах. Наши новые результаты указывают на тесную связь с гидротермальной переработкой питательных веществ, что означает, что ранняя жизнь могла частично подпитываться вулканической активностью».
Соавтор работы профессор Аксель Хофманн из Университета Йоханнесбурга добавил: «Вулканизм был исключительно активен 2,75 миллиарда лет назад и оставил длительное влияние на эволюцию жизни в то время. Породы в Зимбабве хранят замечательную запись этого времени».
Открытие имеет важное значение для понимания эволюции жизни на Земле и поиска жизни на других планетах.