Не голубой, а зеленый шар: когда-то Земля имела совсем другой цвет, в чем причина

Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology and Evolution, пишет Earth.

Ученые считают, что океаныЗемли миллиарды лет назад имели не голубой, а зеленый цвет. И это связано с одним из самых влиятельных архитекторов жизни на нашей планете: цианобактериями.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Исследуя, как подводный свет фильтруется через богатые железом воды океанов, ученые предложили новую теорию: эволюция фотосинтетических систем цианобактерий была глубоко сформирована присутствием зеленого света.

Примерно 4,5 млрд лет назад появилась наша планета. Жизни потребовалось время, чтобы появиться, и она возникла только примерно 3,7 млрд лет назад. До того, как появились первые клетки, поверхность Земли покрывали океаны, но их внешний вид сильно отличался от того, что мы видим сегодня. Гидротермальные источники, извергающиеся со дна океана, выбрасывали в воду двухвалентное железо.

Эта химия определила взаимодействие раннего океана с солнечным светом. При отсутствии кислорода в атмосфере и обилии двухвалентного железа океаны не обладали отражательной способностью современных вод. Не было озона, блокирующего ультрафиолетовые лучи Солнца, и не было наземных растений, которые могли бы изменить атмосферу. Вместо этого у насыщенных железом океанов были странные отношения со светом.

С появлением цианобактерий в воде начал появляться кислород. Этот кислород преобразовал двухвалентное железо в трехвалентное железо, которое образовывало частицы, похожие на ржавчину. Эти частицы медленно тонули, но не исчезали быстро. Вместо этого они задерживались и влияли на свет, который просачивался в глубины океана.

Трехвалентное железо в воде в виде гидроксида железа, имело мощный оптический эффект. Оно поглощало красные и синие длины волн, но пропускало зеленый свет. В результате сами океаны приобрели зеленый оттенок.

Эта среда зеленого света имела значительные последствия для организмов, живущих в ней. Цианобактерии, ранние мастера фотосинтеза, начали адаптироваться. Они уже использовали хлорофилл, пигмент, поглощающий красный и синий свет. Но под зеленым светом хлорофилл становится гораздо менее эффективным.

Чтобы выжить, цианобактерии развили фикобилисомы, крупные антенноподобные структуры, которые заполнены вспомогательными пигментами. Среди этих пигментов фикоэритробилин оказался особенно важным. Он поглощал зеленый свет и передавал эту энергию хлорофиллу для фотосинтеза. Эти структуры позволили цианобактериям доминировать в ранних зеленых океанах Земли, богатых железом.

Чтобы проверить свою теорию, ученые создали моделирование, воссоздав подводную световую среду древней Земли. Это моделирование учитывало химию океана, диффузию света и поглощение пигмента. Ученые обнаружили, что на глубине от 5 до 20 метров частицы гидроксида железа создавали устойчивое окно зеленого света. Даже десятикратные изменения концентрации частиц не приводили к значительному изменению спектра. В этих условиях доминировал зеленый свет, идеально совпадающий с диапазоном поглощения фикоэритробилина.

Тем не менее, моделирования и лабораторных экспериментов было недостаточно и ученые отправились к островам возле Японии, где природа предложила редкий аналог древних океанов Земли. Гидротермальные источники там выделяют двухвалентное железо, которое превращается в гидроксид железа так же, как это происходило в ранних океанах миллиарды лет назад.

Ученые обнаружили, что местные воды имеют отчетливое зеленое свечение из-за гидроксидов железа. Измерения на глубине 5,5 метров подтвердили преобладание зеленого света. Анализ показал, что цианобактерии на этой глубине содержат больше фикоэритробилина, чем те, что находятся на поверхности.

Ученые выяснили, что даже в условиях слабого освещения цианобактерии миллиарды лет назад могли поддерживать фотосинтез.

Последствия нового исследования выходят далеко за пределы Земли. Они меняют способ обнаружения жизни на других планетах. Традиционно астрономы ищут голубые планеты, предполагая, что вода имеет этот оттенок. Но, океаны, богатые гидроксидом железа, кажутся ярче и зеленее издалека. Зеленые океаны могут быть видны с большего расстояния, что упрощает их обнаружение, говорят ученые. Зеленый оттенок планеты может быть признаком того, что там океаны кишат микробной жизнью.

Как уже писал Фокус, ученые нашли доказательства того, что на месте огромной пустыни в прошлом существовало озеро. Пустыню Руб-эль-Хали называют крупнейшим "песчаным морем" в мире, но когда-то оно было заполнено не песком, а водой и ее было много.