Фосфорный цикл мог помочь Земле сохранить значительное содержание кислорода в атмосфере более 2 млрд лет назад. К такому выводу пришли исследователи, изучив древние породы Южной Африки. Работа учёных опубликована в журнале Nature Communications.
После Великого окислительного события, произошедшего около 2,3 млрд лет назад, кислород начал накапливаться в атмосфере и океанах. Однако для устойчивого изменения среды было важно не только появление этого газа, но и его сохранение: кислород мог вступать в химические реакции и снова исчезать. Исследователи под руководством геолога Калифорнийского университета в Риверсайде Андрея Беккера обнаружили признаки механизма, который поддерживал его концентрацию.
Ключевым элементом этого механизма оказался фосфор — необходимое для жизни питательное вещество. Рост содержания кислорода сопровождался увеличением количества сульфатов в океане. Микроорганизмы использовали сульфаты для более эффективного разложения органического вещества, благодаря чему фосфор возвращался в морскую воду и становился доступнее для новых организмов.
Дополнительный фосфор стимулировал биологический рост и способствовал захоронению органического углерода в осадках. Это имело важное последствие: углеродсодержащие остатки, которые не разлагались, не вступали в реакцию с кислородом. Поэтому чем больше органического материала оказывалось погребено, тем меньше кислорода расходовалось и тем дольше он сохранялся в атмосфере. «Живые организмы не могут нормально расти и функционировать без фосфора», — сказал Беккер.
Чтобы восстановить древний круговорот, учёные исследовали южноафриканские породы и разделили их химически по минералам. Такой подход позволил отличить фосфор, доступный организмам, от вещества, связанного в формах, которые они практически не могли использовать. Ранее анализы показывали лишь общее количество фосфора в породе, но не позволяли определить, какая его часть была доступна жизни в древнем океане. «Теперь мы можем отделить фосфор, доступный организмам, от фосфора, который был фактически заперт», — отметил Беккер.
Полученные данные указывают, что после Великого окислительного события уровень кислорода менялся сильнее, чем предполагалось ранее, и на протяжении десятков миллионов лет неоднократно влиял на химию океана и движение питательных веществ. При этом даже длительные периоды высокого содержания кислорода могли быть не единственным ограничением для появления сложных организмов: значение имели также другие условия среды и биологические факторы. Исследование, о котором сообщает SciTechDaily, также имеет значение для современности: продолжающееся снижение содержания кислорода в морях из-за изменения климата способно уменьшить доступность фосфора, ослабить биологическую продуктивность и сделать морские экосистемы менее устойчивыми.