Не блакитна, а зелена куля: колись Земля мала зовсім інший колір, у чому причина

Дослідження опубліковано в журналі Nature Ecology and Evolution, пише Earth.

Учені вважають, що океаниЗемлі мільярди років тому мали не блакитний, а зелений колір. І це пов'язано з одним із найвпливовіших архітекторів життя на нашій планеті: ціанобактеріями.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Досліджуючи, як підводне світло фільтрується через багаті на залізо води океанів, учені запропонували нову теорію: еволюція фотосинтетичних систем ціанобактерій була глибоко сформована присутністю зеленого світла.

Приблизно 4,5 млрд років тому з'явилася наша планета. Життю потрібен був час, щоб з'явитися, і воно виникло тільки приблизно 3,7 млрд років тому. До того, як з'явилися перші клітини, поверхню Землі вкривали океани, але їхній зовнішній вигляд сильно відрізнявся від того, що ми бачимо сьогодні. Гідротермальні джерела, що вивергалися з дна океану, викидали у воду двовалентне залізо.

Ця хімія визначила взаємодію раннього океану із сонячним світлом. За відсутності кисню в атмосфері та великої кількості двовалентного заліза океани не мали відбивної здатності сучасних вод. Не було озону, що блокує ультрафіолетові промені Сонця, і не було наземних рослин, які могли б змінити атмосферу. Натомість у насичених залізом океанів були дивні стосунки зі світлом.

З появою ціанобактерій у воді почав з'являтися кисень. Цей кисень перетворив двовалентне залізо на тривалентне залізо, яке утворювало частинки, схожі на іржу. Ці частинки повільно тонули, але не зникали швидко. Натомість вони затримувалися і впливали на світло, яке просочувалося в глибини океану.

Тривалентне залізо у воді у вигляді гідроксиду заліза, мало потужний оптичний ефект. Воно поглинало червоні та сині довжини хвиль, але пропускало зелене світло. У результаті самі океани набули зеленого відтінку.

Це середовище зеленого світла мало значні наслідки для організмів, що живуть у ньому. Ціанобактерії, ранні майстри фотосинтезу, почали адаптуватися. Вони вже використовували хлорофіл, пігмент, що поглинає червоне і синє світло. Але під зеленим світлом хлорофіл стає набагато менш ефективним.

Щоб вижити, ціанобактерії розвинули фікобілісоми, великі антенноподібні структури, які заповнені допоміжними пігментами. Серед цих пігментів фікоеритробілін виявився особливо важливим. Він поглинав зелене світло і передавав цю енергію хлорофілу для фотосинтезу. Ці структури дозволили ціанобактеріям домінувати в ранніх зелених океанах Землі, багатих на залізо.

Щоб перевірити свою теорію, вчені створили моделювання, відтворивши підводне світлове середовище стародавньої Землі. Це моделювання враховувало хімію океану, дифузію світла і поглинання пігменту. Вчені виявили, що на глибині від 5 до 20 метрів частинки гідроксиду заліза створювали стійке вікно зеленого світла. Навіть десятикратні зміни концентрації частинок не призводили до значної зміни спектра. У цих умовах домінувало зелене світло, яке ідеально збігалося з діапазоном поглинання фікоеритробіліну.

Проте моделювання та лабораторних експериментів було недостатньо і вчені вирушили до островів біля Японії, де природа запропонувала рідкісний аналог стародавніх океанів Землі. Гідротермальні джерела там виділяють двовалентне залізо, яке перетворюється на гідроксид заліза так само, як це відбувалося в ранніх океанах мільярди років тому.

Учені виявили, що місцеві води мають виразне зелене світіння через гідроксиди заліза. Вимірювання на глибині 5,5 метрів підтвердили переважання зеленого світла. Аналіз показав, що ціанобактерії на цій глибині містять більше фікоеритробіліну, ніж ті, що знаходяться на поверхні.

Вчені з'ясували, що навіть в умовах слабкого освітлення ціанобактерії мільярди років тому могли підтримувати фотосинтез.

Наслідки нового дослідження виходять далеко за межі Землі. Вони змінюють спосіб виявлення життя на інших планетах. Традиційно астрономи шукають блакитні планети, припускаючи, що вода має цей відтінок. Але, океани, багаті на гідроксид заліза, здаються яскравішими і зеленішими здалеку. Зелені океани можна побачити з більшої відстані, що спрощує їх виявлення, кажуть учені. Зелений відтінок планети може бути ознакою того, що там океани кишать мікробним життям.

Як уже писав Фокус, вчені знайшли докази того, що на місці величезної пустелі в минулому існувало озеро. Пустелю Руб-ель-Халі називають найбільшим "піщаним морем" у світі, але колись воно було заповнене не піском, а водою і її було багато.