Около 2,3 млрд лет назад на Земле началось Великое окислительное событие — кислород стал устойчиво накапливаться в атмосфере. Учёные выяснили, что поддерживать этот процесс мог древний цикл переработки веществ в океанах. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications, одним из его участников стал геолог Калифорнийского университета в Риверсайде Андрей Беккер.
Ключевую роль в механизме играл фосфор — необходимый для жизни питательный элемент. Когда кислород проникал в океан, химический состав морской воды менялся, а содержание сульфата — соединения серы и кислорода — увеличивалось. Некоторые микроорганизмы использовали сульфат для более эффективного разложения органики и возвращали фосфор в воду.
Доступность фосфора стимулировала рост биологической продуктивности. Больше органического углерода оседало в донных отложениях, а не разлагалось в воде. Поскольку разложение органики расходует кислород, её захоронение способствовало дальнейшему накоплению кислорода в атмосфере и поддерживало замкнутую положительную обратную связь.
«Живые организмы не могут нормально расти и функционировать без фосфора. Когда его стало больше в океанах, это позволило захоронить больше органического углерода. Побочным эффектом этого процесса стало продолжение выделения кислорода в атмосферу», — сказал Беккер.
Чтобы проследить древний круговорот вещества, исследователи изучили образцы пород из Южной Африки. Учёные растворяли минеральные компоненты по очереди и благодаря этому разделяли фосфор, доступный для биологических процессов, и тот, который оказался связан с минералами и был недоступен организмам. По словам Беккера, такой метод даёт более точное представление о содержании питательных веществ в древних океанах, чем оценка общего количества фосфора.
Результаты указывают, что после Великого окислительного события уровень кислорода мог не оставаться стабильным, а заметно колебаться на протяжении десятков миллионов лет. Это могло влиять на химические процессы в океанах и перемещение питательных веществ, а также заставляет по-новому оценить причины позднего появления сложных организмов: даже при относительно высоком содержании кислорода этому могли препятствовать другие условия. Исследование также важно для оценки будущего океанов, поскольку снижение их насыщенности кислородом из-за изменения климата способно нарушить переработку фосфора, уменьшить биологическую продуктивность и ослабить устойчивость экосистем; понимание древней связи кислорода, питательных веществ и жизни может помочь искать признаки обитаемости на других планетах с океанами.