Древние океаны Земли могли быть красными и фиолетовыми, но стали зелеными: почему так случилось

Об этом пишет IFLScience.

После того как ученые обнаружили, что океаны на древней Земле были вовсе не синими, а зелеными, исследователи считают, что синий на самом деле может быть лишь промежуточным этапом на пути к чему-то иному. Если выводы ученых верны, это является важным фактором при поиске жизни в других мирах: любой, кто пытается определить, есть ли на планетах жизнь, основываясь на их цветах, должен проверить свои предположения.

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

Небо и вода рассеивают свет, в результате чего больше синего цвета достигает наших глаз, в сравнении с другими цветами. Известно, что загрязняющие вещества или обилие форм жизни могут менять цвет локально, однако потребуется нечто большее, чтобы преобразовать около 70% планеты, которые сегодня покрывает Мировой океан.

В ходе исследования ученые попытались реконструировать мир таким, каким он был во времена Великого окислительного события (GOE). Результаты предполагают, что древние океаны действительно были зелеными до того момента, как стали такими, какими мы их знаем сегодня. На это указывают подсказки, оставленные в биологии цианобактерий.

Кислород является очень реактивным элементом, и в процессах, которые сформировали Землю, он стал связан с другими вещами, оставив атмосферу, почти полностью состоящую из азота, метана и углекислого газа. Все изменилось около 2,4 миллиарда лет назад, хотя эта дата остается спорной, когда цианобактерии начали использовать фотосинтез с образованием кислорода в качестве основного способа получения энергии солнечного света. В результате кислород накапливался в океанах и атмосфере, открыв путь для развития более сложных форм жизни.

Сегодня фотосинтез в основном выполняется растениями и зелеными водорослями, использующими хлорофиллы. Однако цианобактерии, запустившие Великое окислительное событие, использовали молекулы, известные как фикобилины, а также хлорофиллы для производства кислорода и сахаров из углекислого газа и воды. Фикобилины поглощают свет на разных длинах волн от хлорофиллов, и эта комбинация может увеличить количество собранной энергии.

В ходе исследования под руководством доктора Таро Мацуо из Университета Нагои ученые задались вопросом, почему это так. Возможность того, что океаны в то время поглощали части электромагнитного спектра, которые обычно передаются сегодня, показалась команде вероятным объяснением. Если это предположение верно, свет, достигающий цианобактерий, вероятно, не содержал бы определенных цветов, что затрудняло бы извлечение необходимой энергии только хлорофиллами.

Известно, что в то время земные океаны содержали большое количество трехвалентного железа, которое осаждается в воде в виде ржавых частиц. Ученые проверили поведение трехвалентного железа в воде и пришли к выводу, что частицы в основном были крохотными, что позволяло им смешиваться с водной толщей, а не тонуть подобно более крупным частицам. Железо в воде поглощает как красный, так и синий свет, оставляя только зеленый для достижения глубины 5-30 метров, где обитает большинство цианобактерий.

По словам Мацуо, они с коллегами также обнаружили, что фикоэритрин передавал энергию с длин волн, которые он мог поглощать, хлорофиллам, позволяя им производить кислород с помощью света, который они не смогли бы использовать в противном случае. Эта адаптация позволила цианобактериям процветать в зеленых океанах, богатых железом.

Океаны того времени не просто пропускали зеленый свет — они также отражали его в достаточном количестве, поглощая другие цвета, так что наблюдатель видел бы их зелеными. В то же время, по словам профессора Седрика Джона из Лондонского университета королевы Марии, данные также указывают на то, что богатые серой океаны, вызванные более горячи Солнцем, вероятно, будут фиолетовыми. К слову, это считается вероятным для других планет с низким содержанием кислорода.

Отметим, что современные океаны также страдают от красных приливов, вызванных экстремальным цветением водорослей. Ученые считают, что при определенных обстоятельствах это может стать всемирным явлением, особенно если не контролировать загрязнение азотом. Похожий оттенок мог возникнуть и из-за другого источника, если жаркий и влажный климат привел к попаданию в океаны достаточного количества окисленного железа.