Выявлена эволюция зеленого цвета океана под влиянием жизни на Земле

Японские ученые открывают тайны древних океанов и предсказывают возможные изменения в будущем

Недавние исследования японских ученых предполагают, что в далекие времена океаны могли быть зеленоватыми. Это открытие стало возможным благодаря изучению химического состава древней океанической воды, а также эволюции фотосинтеза, сыгравшего ключевую роль в изменении цвета океанов.

тестовый баннер под заглавное изображение

Новое исследования, посвященные образованию океанов и их эволюции, начиная с архейской и палеопротерозойской эпох, охватывают временные рамки от 3,8 до 1,8 миллиарда лет назад. На тот момент жизнь в океанах ограничивалась простейшими одноклеточными организмами, а континенты представляли собой необитаемые земли. Тогда дождь растворял железо, которое впоследствии переносилось реками в океаны, а также поступало из вулканов, находящихся на дне этих водоемов. Это железо стало важным элементом в истории изменения цвета океанов.

В архейский период атмосфера была практически лишена кислорода, и именно тогда появились первые организмы, способные вырабатывать энергию посредством солнечного света. Эти организмы использовали так называемый анаэробный фотосинтез, который позволял им осуществлять фотосинтез без необходимости в кислороде. В процессе своего существования они выделяли газообразный кислород, который растворялся в морской воде и связывался с железом. Только после того, как все доступное железо в морской воде окислилось, воздух и океаны Земли получили свободный кислород.

Исследование японских ученых также показывает, что «полосчатые железистые образования», характерные для архейской эпохи, являются важным свидетельством этих экосистемных изменений. Полосы различного цвета, содержащиеся в этих образованиях, отражают переход от бескислородной среды к кислородному насыщению воды. Это важное событие в истории Земли, известное как «великий окислительный процесс», открыло путь для возникновения более сложных форм жизни.

Недавняя работа по анализу зеленых океанов в архейский период начинается с наблюдений о водах вокруг японского вулканического острова Иводзима, которые имеют зеленоватый оттенок, чем объясняется присутствием окисленного железа. Сине-зеленые водоросли, процветающие в этих водах, прекрасно демонстрируют, как концентрация железа влияет на цвет океана.

Несмотря на свое название, сине-зеленые водоросли, тоже известные как цианобактерии, не считаются настоящими водорослями. Они представляют собой примитивные бактерии, которые в архейский период использовали двухвалентное железо вместо воды в качестве источника электронов для фотосинтеза. Исследователи установили, что светопоглощение сине-зеленых водорослей было оптимизировано в условиях высоких концентраций железа. Они используют пигменты, такие как хлорофилл и фикоэритробилин, которые помогают им эффективно производить фотосинтез в этих зелёных океанах. Например, исследования показали, что сине-зеленые водоросли, сортируемые за счет генетической модификации, растут намного лучше в зеленых водах.

Исследование также подтверждает, что океаны на заре своей истории содержали растворенное восстановленное железо. После начала фотосинтетической активности в архейскую эпоху высокие концентрации кислорода привели к окислению железа в морской воде, что и способствовало изменению цвета океанов. Компьютерное моделирование, проведенное исследователями, показало, что выброс кислорода в процессе раннего фотосинтеза приводит к значительному окислению железа, что придаёт поверхностным водам зеленую окраску.

Существуют теоретические предположения о том, что ряд других цветов океанов может появиться в будущем. Например, океаны могли бы стать фиолетовыми в условиях повышенного содержания серы, которое может возникнуть в результате интенсивной вулканической активности и низкой концентрации кислорода в атмосфере, ведущих к распространению фиолетовых серных бактерий. Также теоретически возможны красные океаны, образующиеся из-за распада горных пород на суше, который передает красное окисленное железо в воды через реки или ветры.