Кисеоник чини 21% Земљине атмосфере, и треба нам да дишемо. Древне бактерије су развиле заштитне ензиме који су спречавали кисеоник да оштети ДНК, али који су еволутивни подстицај морали да то ураде? Истраживачи су открили да ултраљубичасто светло које погоди површину ледењачког леда може отпустити молекуларни кисеоник. Колоније бактерија које живе близу овог леда требале би развити ову заштитну одбрану. Тада су били добро опремљени да подносе раст атмосферског кисеоника произведеног од других бактерија које би иначе биле токсичне.
Пре две и по милијарде година, када су наши еволуцијски преци били нешто више од сјаја у плазми мембране бактерије, процес познат као фотосинтеза одједном је стекао способност ослобађања молекуларног кисеоника у Земљиној атмосфери, узрокујући једну од највећих промена у животној средини у историја наше планете. Организми за које су преузели одговорност су цијанобактерије, за које се зна да су развили способност претварања воде, угљен-диоксида и сунчеве светлости у кисеоник и шећер, а још увек су око њих плаво-зелене алге и хлоропласти у свим зеленим биљкама.
Али истраживачи су дуго збуњени како цијанобактерије могу да направе сав тај кисеоник, а да притом нису отровале саме себе. Да се њихова ДНК не распадне хидроксилним радикалом који се природно појављује у производњи кисеоника, цијанобактерије би морале да развију заштитне ензиме. Али како је природна селекција довела до тога да цијанобактерије развију те ензиме ако потреба за њима још није постојала?
Сада, две групе истраживача са Калифорнијског технолошког института нуде објашњење како би цијанобактерије могле да избегну ову наизглед безнадну контрадикцију. Извештавајући у Зборнику Националне академије наука (ПНАС) од 12. децембра и доступном на мрежи ове недеље, групе показују да ултраљубичасто светло које удара у површину ледењачког леда може довести до накупљања смрзнутих оксиданса и евентуалног ослобађања молекуларног кисеоника у океани и атмосфера. Та струп отрова би тада могла да покрене еволуцију ензима који штите кисеоник у разним микроповима, укључујући цијанобактерије. Према Иук Иунгу, професору планетарних наука, и Јое Кирсцхвинк, професору геобиологије Ван Винген-а, рјешење УВ-пероксида је „прилично једноставно и елегантно“.
"Пре него што се кисеоник појавио у атмосфери, није било озонског екрана који би спречио ултраљубичасто светло да удара у површину", објашњава Кирсцхвинк. „Када УВ светлост удари у водену пару, она нешто од тога претвара у хидроген пероксид, попут ствари које купујете у супермаркету за избељивање косе, плус мало хидроген гаса.
„Обично овај пероксид не би дуго трајао услед повратних реакција, али током глацијације, водоник пероксид се смрзава за један степен испод тачке смрзавања воде. Да је УВ светлост продрла до површине глечера, мале количине пероксида биле би заробљене у ледењачком леду. " Овај процес се заправо данас догађа на Антарктику када се формира озонска рупа која омогућава јаком УВ светлу да погоди лед.
Пре него што је било кисеоника у Земљиној атмосфери или било којем УВ екрану, ледени лед би се спуштао низбрдо до океана, растопио и пустио количине пероксида у траговима директно у морску воду, где је друга врста хемијске реакције претворила пероксид назад у воду и кисеоник. То се догодило далеко од УВ светлости које би убило организме, али кисеоник је био на тако ниском нивоу да би цијанобактерије избегле тровање кисеоником.
„Океан је био прелепо место за развој ензима који штите кисеоник“, каже Кирсцхвинк. "И кад су се заштитни ензими поставили, отворио је пут еволуцији кисеоничке фотосинтезе и аеробном дисању како би ћелије заправо могле да удахну кисеоник као и ми."
Доказ за теорију долази из израчуна водећег аутора Даниеја Лианга, недавно дипломираног студента планетарних наука на Цалтецх-у, који је сада у Истраживачком центру за промену животне средине на Ацадемиа Синица у Тајпеју, Тајван.
Према Лианг-у, озбиљно смрзавање познато под називом Макганиене Еартх Сновбалл Еартх догодило се пре 2,3 милијарде година, отприлике у тренутку када су цијанобактерије развиле своје могућности за производњу кисеоника. Током епизоде "Снежна кугла Земље", довољно пероксида могло је да се складишти за производњу скоро толико кисеоника колико је сада у атмосфери.
Као додатни доказ, овај процењени ниво кисеоника је довољан и за објашњење таложења мангана у пољу Калахари у Јужној Африци, која има 80 процената економских резерви мангана у целом свету. Ово лежиште налази се одмах на врху последњег геолошког трага Макганиене снега.
"Некада смо мислили да је цијанобактеријски цват након овог глацијације који је избацио манган из морске воде", каже Лианг. "Али то је можда једноставно био кисеоник из разлагања пероксида након Снежне кугле која је то учинила."
Поред Кирсцхвинка, Иунг-а и Лианга, остали аутори су Химан Хартман из Центра за биомедицинско инжењерство на МИТ-у и Роберт Копп, студент дипломиране геобиологије на Цалтецх-у. Хартман, заједно са Цхрисом МцКаием из НАСА-иног истраживачког центра Амес, били су рани заговорници улоге коју је водоник-пероксид одиграо у настанку и еволуцији кисеоничке фотосинтезе, али нису могли да идентификују добар неоргански извор за то у Земљином преткамбријском окружењу.
Изворни извор: Цалтецх Невс Релеасе
