Как мы знаем из курса школьной биологии, для всех анаэробных клеток и организмов кислород является основополагающей частью жизни. Именно после резкого увеличения содержания этого газа в атмосфере многоклеточная жизнь на нашей планете начала процветать. Но дело не только в нём: по мнению некоторых ученых, существует еще один элемент, также сыгравший решающую роль в этом эволюционном буме, и имя ему... железо!
На заре существования Земли геологического железа было предостаточно, особенно в мантии и коре. Твердое железо, находящееся здесь, было «посеяно» метеоритами из космоса — а поскольку этот материал спокойно растворялся в древних океанах, его было в изобилии там, где зарождалась жизнь.
Однако после Кислородной революции (КР), случившейся почти два с половиной миллиарда лет назад, условия начали меняться. Глобальное изменение состава атмосферы Земли, привело к появлению в составе атмосферы свободного кислорода и изменению общего характера атмосферы с восстановительного на окислительный. Железа стало резко не хватать — и конкуренция за него между клетками усилилась.
Сегодня железо является необходимым элементом практически для всего живого. Именно оно позволяет клеткам чувствовать кислород, вырабатывать энергию и размножаться. Но тогда формы жизни должны были понять, как перерабатывать железо из мертвых клеток, красть железо из живых клеток или жить в другой клетке и использовать свой аппарат захвата железа, чтобы остаться в живых:
Инфекция, хищничество, эндосимбиоз — все эти формы поведения переключают внимание на приобретение железа [из других форм жизни], и каждая из трех форм поведения может со временем эволюционировать в другие. Например, изначально эксплуатационные инфекции могут стать взаимно симбиотическими, — объясняют авторы.
Согласно новой теории, земные океаны потеряли большую часть растворимого железа из-за увеличения количества кислорода в атмосфере. Когда вода и твердое железо взаимодействуют в присутствии кислорода, железо быстро окисляется, и живым существам становится труднее его использовать:
Несмотря на истощение запасов биодоступного железа, на протяжении всего периода возрождения жизни после КР и ее последующей диверсификации (и прохождения через другие последовательные массовые вымирания), железо сохраняло свое превосходство в биологических системах, — пишут авторы.
Когда около 500 миллионов лет назад произошло более позднее событие (неопротерозойское насыщение кислородом), оно лишь усугубило эти изменения. Таким образом, зарождение земной жизни могло начаться при изобилии железа, но только когда железа стало не хватать, сами формы жизни начали усложняться и искать методы добычи железа из тех, кому повезло меньше.
Учитывая, что повышение уровня углекислого газа в атмосфере может привести к увеличению дефицита железа в пищевой цепи, исследователи говорят, что нам необходимо больше узнать о том, как жизнь справляется с приливами и отливами этого важнейшего элемента. Результаты исследования также указывают на возможный способ измерения потенциала жизни на других планетах, таких как Марс: если эта планета достаточно богата железом, она может стать возможной гаванью для простейших форм жизни.