Анаеробна біосфера

(слай 1) 12. Анаеробна біосфера. Як би могла проходити еволюція біосфери Землі за відсутності кисневої революції?

(слай 2) Приблизно 2,7 мільярдів років тому атмосфера Землі складалася в основному з газів: оксиду вуглецю (СО), двооксиду вуглецю (СО₂), водяної пари (H₂O), метану (СН₄), невеликої кількість азоту (N), водню (Н) і інертних газів. Атмосфера мала відновний характер і була практично позбавлена вільного кисню, незначна його частина виникала в верхніх шарах атмосфери в результаті дисоціації молекул вуглекислого газу і води. З появою живих організмів, які почали застосовувати фотосинтез, склад атмосфери зазнав кардинальних змін, що призвело до кисневої революції і екологічної катастрофи: масового вимерання анаеробних організмів, оскільки кисень для нихотруйний.

(слай 3) Біосфера має довгу історію, тісно пов'язану з еволюцією Землі, яку можна умовно поділити на кілька фаз.Перша: формування ранньої літосфери, атмосфери, гідросфери, виникнення геологічного кругообігу речовин. Друга: хімічна еволюція: синтез і накопичення простих органічних сполук(амінокислот і простих пептидів, азотистих основ, простих вуглеводів). Третя: давня біосфера або еволюція прокаріотичного світу, виникнення біологічного кругообігу речовин і формування кисневої атмосфери(3,8—4 млрд.р.тому).

(слай 4) Першими живими організми на Землібулигетеротрофні анаеробні прокаріоти. Їх «споживацька» стратегія життя, що ґрунтувалася на використанні обмежених запасів органічних речовин, могла б призвести до цілковитоговикористання всього енергетично цінного матеріалу й врешті-решт — до загибелі всього живого.Проте криза не настала, бо з'явився новий тип живлення — автотрофний. Справжня революція в юній біосфері почалася з появою фотосинтезуючих бактерій, які почали використовувати сонячну енергію.

Припустимо, що таких організмів було недостатньо для того щоб відбулась киснева революція або у них була відсутня ІІ фотосистема. Тому в атмосфері продовжував переважати СО₂. Як би тоді могла проходити еволюція біосфери Землі?

(слай 5) По-перше, не сформувався б озоновий шар і тому вихід на суходіл живих організмів був би не можливий. Життя продовжувалось би тільки у водному середовищі.

(слай 6) По-друге, процвітаючою групою лишились би анаеробні організми – хемосинтетики.Серед них були б і облігатні, і факультативні види. Енергію для життєдіяльності вони б отримували, окислюючи неорганічні речовини без участі вільного кисню. Використовували бвуглець, який би витягали з метану, з оксиду і двооксиду вуглецю і водень із сірководню й інших з'єднань, що його містили.

(слай 7) Окислюючи органічні сполуки, що містять в своєму складі кисень,  отримували б енергію внаслідок процесу бродіння.Найбільшого розквіту отримали б галофіти, термофіли, а також метаногенні і сульфатредукторні бактерії, які використовували б молекулярний водень в якості відновника.

(слай 8) По-третє, внаслідок накопичення метану і сульфатів зросла б кількість  мікроорганізмів, здатних окисляти метан за допомогою сульфатів. Це були б симбіотичні мікробні спільноти, що складалися з архей і бактерій. Археї окисляли б метан, а бактерії відновлювали б сульфати (Результатом окислення метану був вуглекислий газ, необхідний всім автотрофам, а результатом відновлення сульфатів – сірководень, який із задово-ленням використовували фотосинтетики)

(слай 9) По-четверте, біологічного прогресу набули б аноксигенні фотосинтетики - предки нинішніх зелених, пурпурних і ціанобактерій. Для аноксигенного фотосинтезу потрібна наявність у зовнішньому середовищі (відновлених субстратів) сірководню, сірки, тіосульфату, органічних сполук або молекулярного водню, яких було б достатньо в атмосфері.

(слай 10- 12) По-п’яте,існували б тільки водні екосистемами біосфери, такі, як рифтові глибоководні подібні до «чорних курців» (Метанопірус Кандлера (Methanopyrus kandleri), екосистеми холодних метанових джерел і кратерівзгаслих вулканів (Пікрофілюс торідус (Picrophilus torridus), галофільні екосистеми (Галобактерія сольова (Halobacterium salinarium). Такі прокаріотичні екосистеми були б нестійкими до впливів довкілля, бо ланцюги живлення у них мало розгалужені, видова різноманітність незначна, здатність до саморегуляції невисока.

(слай 13) По-п’яте, біотичний колообіг речовин у біосфері, що складався б виключно із прокаріотів, був би дуже недосконалий. Біомаса, створена автотрофними бактеріями, розкладалась би переважно під впливом абіотичних фізичних і хімічних процесів у зовнішньому середовищі, при цьому важливу роль відігравали б і гетеротрофні бактерії, але їх можливості були б обмежені особливостями організації клітин. (Виділяючи ферменти в зовнішнє середовище, відбувалось би “зовнішнє перетравлювання”, а низькомолекулярні продукти всмоктувались би крізь цитоплазматичну мембрану). Це б зумовило низьку швидкість розкладання біомаси, створеної автотрофними прокаріотами. Тому величезні маси органічного вуглецю були б виведені з біологічного колообігу, і збереглись би в осаді, піддались хімічній трансформації, перетворились на горючі сланці, нафту і газ.

(слай 14) Отже, зважаючи на все вище сказане, наша команда дійшла висновку, що на появу життя та формування біосфери за відсутності кисневої революції вплинулиб такі чинники: інтенсивний вулканізм, висока радіація, постійне перетворення первинної кори, низькорельєфна поверхня, щільна вторинна атмосфера з потужним вмістом парникових газів, практично повна відсутність вільного кисню та захисного озонового шару, мілководна гідросфера з високими концентраціями вулканічних газів та іонів важких металів у воді. Тому еволюція біосфери зупинилась би на докембрійському рівні. Життя існувало б лише у водному середовищі і було б представлене прокаріотичними організмами: гетеротрофами, хемосинтетиками, аноксигенними фотосинтетиками, екстремофільними бактеріями. Біотичний колообіг речовин у біосфері, був би дуже недосконалий.

Доповідь завершено. Дякуємо за увагу.