Слабоокислительный этап развития биосферы

 

Второй этап в развитии биосферы нашей планеты связан с появлением фотосинтеза. Это произошло около 4 млрд лет назад. Новый способ питания был основан на том, что некоторые простые соединения обладают способностью поглощать свет, если в их составе есть атом магния (как в хлорофилле). Уловленная таким способом световая энергия может быть использована для усиления реакций обмена, в том числе для образования органических соединений, которые при необходимости могут расщепляться с высвобождением энергии. Появление хлорофилла и фотосинтеза позволило получать энергию непосредственно от Солнца.

Но первичная поверхность Земли, лишенная свободного кислорода, облучалась ультрафиолетовой радиацией Солнца. Поэтому, возможно, первые фотохимические организмы использовали радиацию в ультрафиолетовой части спектра. Только после возникновения озонового экрана в связи с появлением свободного кислорода как побочного продукта того же фотосинтеза, авто-трофный фотосинтетический процесс начал использовать излучение в видимой части солнечного спектра.

Новый способ питания способствовал быстрому расселению организмов нового типа у поверхности первичных водоемов. Они оттеснили первичные гетеротрофные организмы, оказавшись более приспособленными в борьбе за существование. Можно предполагать, что в раннем океане шла борьба между первичными и вторичными организмами, завершившаяся победой автотрофов. Немаловажным фактором в этой борьбе стало то, что автотрофы в качестве отходов своей жизнедеятельности выделяли свободный кислород, который стал смертельным ядом для первичных гетеротрофов.

Первыми автотрофными организмами, очевидно, были цианеи, а затем зеленые водоросли. Останки их находят в породах архейского возраста (около 3 млрд лет назад). В то время, очевидно, существовало множество видов водорослей, как свободно плавающих в воде, так и прикрепленных ко дну.

Хотя свободный кислород и был ядом для первичных аэробов, не все из них погибли. Некоторые остались жить в болотах, где не было свободного кислорода. Там, питаясь, они выделяли метан. Некоторые же первичные организмы смогли приспособиться к кислородной атмосфере.

Параллельно с этим шел процесс формирования эукариотов. Прокариоты, простые, выносливые и практически бессмертные организмы, уступали место смертным эукариотам. Прокариоты, обладавшие высокой вариабельностью, способностью к быстрому размножению, легко приспосабливались к меняющимся условиям среды, существовавшим в первые периоды истории Земли. Но с формированием кислородной атмосферы условия стабилизировались, и в этих новых условиях нужны были организмы нового типа, приспособленные к ним. Нужна была не генетическая гибкость, а генетическая стабильность. Эукариоты появились к концу второго этапа развития биосферы Земли.

Эти процессы и составили содержание второго этапа в истории биосферы Земли, продолжавшегося до завершения осадконакопления полосчатых железистых формаций докембрия примерно 1,8 млрд лет назад. Таким образом, слабоокислительный период в истории биосферы занял почти половину всей геологической истории планеты. Дело в том, что, хотя свободный кислород и вырабатывался фотосинтезирующими организмами в значительных количествах, но в атмосфере его в свободном состоянии практически не было, поскольку кислород расходовался на окисление железа, сернистых соединений и других поливалентных металлов. При этом окислы железа осаждались, образуя полосчатые формации. Только после освобождения океана от железа и других металлов, концентрация кислорода в атмосфере стала резко возрастать.

В естествознании существует понятие о «точке Пастера» – такой концентрации свободного кислорода, при которой кислородное дыхание становится более эффективным (примерно в 50 раз) способом использования внешней энергии Солнца, чем анаэробное брожение. Этот критический уровень равен примерно 0,01 от современного показателя содержания кислорода в атмосфере. После перехода через него преимущество в естественном отборе получают организмы, способные к кислородному дыханию. С этого момента начинается третий этап в эволюции биосферы Земли.