Еще до наступления «кислородной катастрофы» на Земле обитали организмы, способные использовать кислород для своих нужд.
Сегодня молекулярный кислород составляет значительную долю земной атмосферы, но так было не всегда. На первых этапах существования планеты он в воздухе отсутствовал. И замечательно: этот активный окислитель смертельно опасен для биохимических компонентов клетки, и с его появлением большинству живых организмов пришлось выработать сложные системы защиты.
При этом появление свободного кислорода в атмосфере, считается, стало результатом их собственной деятельности. Выделяясь древними организмами, он вскоре стал стремительно накапливаться в воздухе. Для живого это было серьезным испытанием, недаром событие получило название «кислородной катастрофы». Началась она более 2 млрд лет назад, а пик пришелся, по последним данным, на 1,2 млрд лет назад (читайте: «Революция отложена»).
Однако новое исследование показывает, что накопление кислорода могло начаться еще на сотни миллионов лет раньше, чем в атмосфере появилось хоть сколько-нибудь значительное его количество. Насыщая различные регионы мирового океана, газ этот создавал своего рода «кислородные оазисы», где развивались микроскопические организмы, учившиеся существовать в присутствии весьма низкого содержания кислорода.
В ходе лабораторных экспериментов группе Роджера Саммонса (Roger Summons) удалось показать, что дрожжи (одинаково свободно чувствующие себя как в присутствии кислорода, так и без него), способны жить по «кислородному сценарию» и производить соответствующие вещества даже при крайне низкой концентрации кислорода в окружающей среде. Это, по мнению авторов, указывает на то, что давние предки дрожжей могли развиваться в сходных условиях, найдя механизмы эффективного использования самых небольших количеств кислорода, растворенных в водах океана. Еще задолго до того, как количество этого газа в атмосфере стало сколько-нибудь заметным.
Проделанная учеными работа может оказаться ключевой в разрешении споров, не утихающих все последнее десятилетие. Дело в том, что около десяти лет назад исследователи нашли древние осадочные породы, содержащие следы стероидов – ключевого компонента клеточных мембран современных организмов. Однако синтез этих молекул требует изрядного количества кислорода – например, для производства одной молекулы стирола придется израсходовать 10 молекул О2. При этом возраст обнаруженных пород относится ко времени на 300 млн лет раньше даты кислородной катастрофы. В результате одни специалисты сочли это указанием на то, что катастрофу следует отнести на более ранний период, другие же, ссылаясь на то, что других ясных свидетельств в пользу этого нет, настаивают на том, что делать столь далеко идущие выводы исходя из одного-единственного факта было бы неверно.
Новая работа позволяет объяснить нестостыковку: она показывает, что кислород, который до кислородной катастрофы присутствовал лишь в крайне малых количествах, уже мог использоваться некоторыми живыми организмами и оставить след в их биохимии – а значит, и в древнейших отложениях.
Чтобы лучше понять логику ученых, расскажем об их опытах немного подробнее. Дело в том, что в присутствии кислорода дрожжи отлично пользуются им, и на основе сахаров синтезируют различные вещества, в том числе и эргостирол. В отсутствие же кислорода они чувствуют себя не хуже, «переключаясь» на иной режим метаболизма – правда, в таких условиях им требуется получать эргостирол извне. В ходе своих экспериментов авторы работы вели поиск минимального содержания кислорода, при которых дрожжи «переключаются» из анаэробного, бескислородного, режима, в аэробный.
Для этого дрожжевые клетки культивировались в питательной среде, содержащей все необходимые вещества, включая эргостирол и глюкозу, молекулы которой были помечены изотопом углерода 13
С. Как и следовало ожидать, не имея доступа к кислороду, дрожжи активно использовали эргостирол, поглощаемый из питательной среды, и не производили его из меченой глюкозы. Затем авторы понемногу, крайне медленно, стали вводить в систему кислород. В какой-то момент «переключение» случилось: дрожжи принялись синтезировать эргостирол самостоятельно, и он содержал изотопы углерода-13.
Все вполне ожидаемо, кроме одного: «переключение» это происходило при удивительно малых количествах доступного кислорода, порядка наномолей – считанных молекул. Это говорит о том, что дрожжи, а возможно и другие эукариотические организмы, способны использовать кислород в очень, очень малых концентрациях. Минимальный предел низок настолько, что вряд ли кто-то мог это предположить.
Исходя из этого, можно представить себе следующую картину далекого прошлого. Фотосинтезирующие организмы миллиарды лет производили кислород, который, будучи высоко активным окислителем, быстро вступал в реакцию с породами поверхности Земли, и чрезвычайно медленно насыщал воды мирового океана. Он окислял внушительные количества железа и сульфидов. Долгие годы его присутствие было незаметным, но уже стали появляться первые организмы, способные использовать его в своем метаболизме. Они замедляли накопление кислорода и отсрочивали наступление кислородной катастрофы, пока, наконец, не наступил момент насыщения. С этих пор его содержание в атмосфере стало стремительно расти – и лишь затем наша планета стала такой, какой мы ее знаем сегодня.
Комментариев нет:
Отправить комментарий