Ми звикли вважати кисень чимось само собою зрозумілим. Вдих-видих — і живемо. Але для нашої планети це був довгий, болісний шлях. Вчені з Сіракузького університету та Массачусетського технологічного інституту (MIT) нещодавно додали інтригуючу главу в цю сагу, покопавшись — у прямому розумінні! — У стародавніх південноафриканських породах. І те, що вони там знайшли, може змусити нас трохи переписати підручники з історії. Велика киснева… затримка? Новий розділ у давній історії Усі чули про Велику кисневу подію (ВКП)? Це такий переломний момент, приблизно 2,4 мільярда років тому, коли крихітні фотосинтезуючі організми (привіт, ціанобактерії!) почали так активно виробляти кисень, що він почав накопичуватися в атмосфері. До цього Земля була, м’яко кажучи, не дуже гостинним місцем для нас, кисневих. Уявіть собі світ без кисню, де правлять бал анаеробні істоти, для яких цей самий кисень — отрута. Деякі такі «старожили» і зараз чудово почуваються в якихось геотермальних джерелах. Так ось, команда під керівництвом Бенджаміна Уведжеса (який тоді працював у MIT) і за участю Крістофера Джуніума із Сіракузького університету вирішила ще раз поглянути на цю тимчасову позначку. І їхні висновки, опубліковані в престижному Proceedings of the National Academy of Sciences, натякають, що океани могли «задихати» киснем на 100 мільйонів років раніше, ніж ми думали! Кам’яні літописи: як вчені читають минуле? Як заглянути на два з лишком мільярди років тому? Машини часу у нас поки що немає, зате є геологія. Вчені вирушили до Південної Африки, де на поверхню виходять породи «правильного» віку — від 2,2 до 2,5 мільярдів років. Це каміння — справжні капсули часу. У чому хитрість? В ізотопах азоту. Так-так, той самий азот, якого повно у повітрі. Він має різні «версії» — ізотопи, що трохи відрізняються за масою (наприклад, ¹⁴N і¹⁵N). Мікроорганізми, що жили в древніх океанах, по-різному використовували ці ізотопи в залежності від умов середовища, особливо від кисню. Їхня життєдіяльність залишала свого роду «хімічний підпис» в осадових породах. Аналізуючи співвідношення ¹⁵N до ¹⁴N, можна реконструювати, що діялося в океані мільярди років тому. І ось тут на сцену виходить лабораторія професора Джуніума . Справа в тому, що азоту в цих стародавніх породах — кіт наплакав. «Концентрації азоту були настільки низькими, — пояснює Уведжес, — що звичайні прилади просто не впоралися б». А у Джуніума є один з небагатьох у світі мас-спектрометрів ізотопних відносин (IRMS), здатний вловити ці слідові кількості. Грубо кажучи, зразки порід подрібнюють, хімічно обробляють, перетворюють на газ, іонізують та пропускають через магнітне поле. Легкі та важкі ізотопи відхиляються по-різному, що дозволяє точно виміряти їхнє співвідношення. Це як дуже високотехнологічне просіювання! Особлива гордість лабораторії Джуніуму — модуль кріоловушки та капілярного фокусування. Звучить складно, але саме ця штука дозволила отримати надточні дані. І ці дані показали: процеси в океані, що вимагають присутності нітратів (а нітрати — це маркер окисленого, тобто багатого на кисень, середовища), почалися раніше, ніж прийнято вважати. Раніше не означає простіше: нові відтінки кисневої революції Отже, океан почав насичуватись киснем приблизно на 100 мільйонів років раніше. Що це змінює? А це, знаєте, багато чого змінює в нашому розумінні ВКС. Виходить була значна затримка між тим, як кисень з’явився в океані, і тим, як він почав накопичуватися в атмосфері. Це не був миттєвий «клацання вимикача». Професор Джуніум наголошує, що це був критичний момент для азотного циклу. Давнім мікробам довелося терміново «переучуватися» — адаптувати свої біохімічні механізми, щоб працювати з азотом у його новій, окисленій формі, яку до того ж було складніше засвоювати. «Все це вкладається в нову концепцію, — каже Джуніум, — згідно з якою ВКС було затяжним випробуванням». Уявіть собі: організми отримали доступ до неймовірно ефективного джерела енергії – кисневого фотосинтезу, але водночас зіткнулися з його токсичним побічним продуктом – самим киснем! Це були справжні еволюційні перегони озброєнь та адаптацій. Накопичення кисню стало катастрофою для багатьох анаеробних форм життя, але одночасно відкрило дорогу для аеробного дихання — того самого процесу, який дозволяє нам з вами рухатися, думати і взагалі існувати. Не крапка, а крапка: що далі? «Перші два з лишком мільярди років історії Землі вільного кисню в океанах та атмосфері було зникаюче мало, — нагадує Уведжес. — А сьогодні він становить п’яту частину атмосфери, і все складне багатоклітинне життя залежить від нього». Вивчаючи цей перехід, ми, по суті, вивчаємо, як планета і життя на ній розвивалися пліч-о-пліч. Нові дані не просто зсувають часові рамки. Вони допомагають вченим точніше моделювати, як еволюціонували різні форми життя до і після кисневого рубежу. Це як знайти фрагмент у величезній мозаїці. «Сподіваюся, наші результати надихнуть на нові дослідження цього дивовижного періоду», — каже Уведжес. І це справді так. Кожен новий аналіз, кожна нова технологія, застосована до цих давніх «кам’яних свідків», може розкрити ще детальнішу картину однієї з найдраматичніших і найважливіших подій в історії нашої планети. Історія Землі продовжує писатися, і хто знає, які ще сюрпризи чекають на нас у її древніх шарах? Одне ясно: нудно точно не буде.