Як одноклітинний організм ледь не знищив життя на Землі

Існує організм, який змінив світ. Він спричинив обидва найперших масових вимирання в історії Землі, а також проклав дорогу до складних форм життя. Як?

Випустивши перші вільні молекули кисню в атмосферу! Будучи при цьому одноклітИнним організмом. Їх називають ціанобактерії. І історія цих простих організмів, у яких немає ні ядра, ні будь-яких інших органел, – це найважливіший розділ в історії життя на Землі. Атмосфера Землі не завжди була багатою киснем, як тепер.

3,5 мільярда років тому атмосфера в основному складалася з азоту, діоксиду вуглецю, і метану. Майже весь кисень був зв’язаним у молекулах на кшталт води, а не входив до складу повітря. Океани населяли анаеробні мікроорганізми. Це прості одноклітинні форми життя, які процвітають без кисню, а енергію отримують, поглина́ючи молекули, які вони знаходять. Але десь між 2,5 (двома з половиною) і 3,5 (трьома з половиною) мільярдами років тому один з цих видів мікроорганізмів, ймовірно, плаваючий на поверхні океану, розвинув нову здатність: фотосинтез.

Структури в їхній клітинній мембрані могли використовувати енергію сонячного світла, щоб перетворити діоксид вуглецю та воду в газоподібний кисень і цукри, які вони могли використовувати для отримання енергії. Ці організми були предками тих, кого ми сьогодні називаємо ціанобактеріями. Їхній блакитний відтінок викликаний синьо-зеленими пігментами, які поглинають необхідне їм сонячне світло. Фотосинтез дав цим давнім бактеріям величезну перевагу перед іншими видами. Тепер вони могли виробляти власну енергію з майже невичерпної кількості інгредієнтів, тому їхня популяція різко збільшилася і вони стали забруднювати атмосферу новим продуктом життєдіяльності – киснем.

Спочатку весь додатковий вільний кисень зв’язувався в хімічних реакціях з залізом або поглинався клітинами, що розкладалися, але через декілька сотень мільйонів років ціанобактерії виробляли кисень швидше, ніж він міг бути поглинутий, і цей газ почав накопичуватися в атмосфері. Це було великою проблемою для інших мешканців Землі. Збагачене киснем повітря фактично було отруйним для них. І який результат?

Близько 2,5 (двох з половиною) мільярдів років тому сталося масове вимирання майже усіх видів на Землі, на межі зникнення були і ціанобактерії. Геологи називають цю подію кисне́вою револю́цією, або кисне́вою катастрофою. Але це була не єдина проблема. Метан, будучи потужним парниковим газом, утримував тепло на Землі, але тепер додатковий кисень реагував з метаном, утворюючи вуглекислий газ і воду, які не втримують стільки ж тепла.

Послаблення парникового ефекту призвело до першого і, можливо, найдовшого льодовикового періоду на Землі –  Гуронського зледеніння. Впродовж декількох сотень мільйонів років планета була фактично величезною сніжкою. Зрештою, життя пристосувалося. Аеробні організми, здатні використовувати кисень для отримання енергії, почали поглинати частину надлишкового газу з атмосфери. Концентрація кисню зростала і знижувалася, доки не досягла приблизно 21% (двадцяти́ одного́ відсотка), що ми маємо сьогодні.

Здатність використовувати кисень в процесах синтезу енергії дала організмам поштовх, який був їм необхідний для породження різноманіття і розвитку складніших форм. Ціанобактерії зіграли свою роль і в цій історії. Сотні мільйонів років тому деякі інші доісторичні мікроби поглинали ціанобактерії цілком в процесі під назвою ендосимбіоз. При цьому цей мікроб отримав власну фабрику фотосинтезу. Це був предок рослинних клітин. А ціанобактерії стали хлоропластами – органелами, які забезпечують фотосинтез сьогодні.

Ціанобактерії, як і раніше, можна знайти майже в кожному середовищі на Землі: в океанах, в прісній воді, в ґрунті, в антарктичних скелях, на хутрі лінивця. Вони, як і раніше, наповнюють атмосферу киснем, і до того ж поглинають з неї азот, щоб живити рослини, які вони допомогли створити. Ми не уявляємо життя на Землі без них. Але, з іншого боку, через них ми одного разу ледь не позбулися усього життя на Землі.