Мільярди років тому маленька синьо-зелена водорость расщепила молекулу води і випустила отрута, результатом дії якого стали смерть і руйнування у величезних масштабах. Мова про фотосинтезі, кисні і загибелі анаеробних жителів Землі.

Вперше геологи виявили свідоцтва найважливішого еволюційного етапу, що безпосередньо передував розщеплення води цианобактериями. Це унікальний «знімок» моменту перед тим, як світ придбав сучасний вигляд: з появою фотосинтезу атмосфера наповнилася киснем, і тим самим була прокладена дорога до нинішнього різноманітності форм життя. Це найбільша зміна в історії біосфери.

Фотосинтез як метод виробництва енергії організмом можливий при наявності світла і джерела електронів. У нашому світі таким джерелом виступає вода, а кисень стає побічним продуктом реакції. Фотосинтез з'явився близько 3,4 млрд років тому, але немає ніяких ознак утворення кисню в ті далекі часи. Швидше за все, стародавні організми замість води користувалися сірководнем. Судячи з окисленим мінералам, фотосинтез у тому вигляді, в якому ми знаємо його сьогодні, виник приблизно 2,4 млрд років тому.

Як же це сталося? Для відповіді на це питання Вудворд Фішер з Каліфорнійського технологічного інституту (США) і його колеги вивчили південноафриканські породи, що сформувалися незадовго до знаменного рубежу. Аналіз показав, що, незважаючи на освіту порід у безкисневих умовах, весь марганець знаходиться там в окисленій формі.

У відсутність атмосферного кисню марганець потребував якомусь каталізаторі для окислення. Вчені вважають, що якийсь фотосинтезирующий організм користувався марганцем в якості джерела електронів. Залишалися від цих реакцій нестабільні іони марганцю реагували з водою і утворювали оксиди.

Коментатори вітають гіпотезу, бо вона узгоджується з передбаченнями еволюційної теорії. Окислення марганцю раніше, відіграє важливу роль у фотосинтезі. У фотосинтезуючих структурах сучасних рослин і водоростей розташовані багаті марганцем кристали, які стають джерелом електронів. Для поповнення дефіциту кристали відбирають електрони у людей, що проходять повз молекул води. Саме цей «грабіж серед білого дня» розщеплює останні і виробляє той кисень, яким ми дихаємо.

У цього складного процесу, швидше за все, дуже прості корені. У 2007 році Джон Аллен з Коледжу королеви Марії Лондонського університету (Великобританія) і Вільям Мартін з Дюссельдорфського університету (ФРН) запропонували наступний сценарій: на їхню думку, сучасний фотосинтез народився, коли рання цианобактерия випадково опинилася в водної середовищі, багатою марганцем, і швидко адаптувалася до нового джерела електронів.

Пізніше, оскільки марганець - порівняно рідкісний ресурс, запаси якого не нескінченні, ціанобактерії виробили іншу стратегію. Вони включили марганець безпосередньо в свої фотосинтезирующие структури і стали користуватися останніми як акумуляторами: як тільки електрони закінчувалися, вони брали їх з іншого, більш рясного джерела, тобто води.

Тому те, що знайшла група пана Фішера, майже напевно є залишком діяльності примітивних ціанобактерій.

Результати дослідження були представлені на конференції Американського геофізичного союзу.

Підготовлено за матеріалами NewScientist.