Происхождение жизни - Руттен М.
Скачать (прямая ссылка):
Только когда фотосинтез стал настолько распространенным, что только за его счет, без помощи других процессов содержание кислорода в атмосфере смогло подняться выше 0,001 его современного уровня, «барьер Юри» был преодолен.
7. ВТОРОЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ, ОГРАНИЧИВАЮЩИЙ СОДЕРЖАНИЕ СВОБОДНОГО КИСЛОРОДА В АТМОСФЕРЕ НА УРОВНЕ 0,01 ЕГО СОВРЕМЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ.
ТОЧКА ПАСТЕРА (ПЕРЕХОД ОТ БРОЖЕНИЯ К ДЫХАНИЮ)
В гл. VIII, разд. 5 и 6 мы уже обсуждали переход от брожения к дыханию в метаболизме некоторых групп современных микроорганизмов. Здесь мы поговорим о влиянии этого перехода на процесс превращения бескислородной атмосферы в кислородную. Важен тот факт, что эффект Пастера отмечается у самых разных, не родственных между собой видов современных микроорганизмов (факультативных анаэробов) при одном и том же уровне содержания свободного кислорода. Поскольку этот эффект не приурочен к какой-то одной группе микроорганизмов, мы можем считать, что в его основе лежит какой-то пока не известный физико-химиче-ский порог (или несколько порогов) и что этот механизм действовал и в далеком прошлом. В таком случае лучше говорить не о факультативном анаэробиозе, а о факультативном дыхании.
Мы уже видели, что при содержании кислорода в атмосфере, равном 0,01 современного, должен действовать механизм обратной
¦связи: при превышении этого уровня за счет фотосинтетической активности организмы с факультативным дыханием начинают потреблять кислород, а как только количество кислорода падает ниже этого уровня, переключаются на брожение (эффект Пастера). Теперь мы можем дать предварительное определение бескислородной атмосферы: это атмосфера, в которой содержание кислорода составляет не более 1 % его современного уровня.
Полезно напомнить, что пока мы не можем по древним осадочным породам определить содержание кислорода в примитивной атмосфере. Только экстраполяция в прошлое эффекта Пастера, известного у современных микроорганизмов, позволяет продвинуться в этом направлении. Если дальнейшие исследования покажут, что точка Пастера находится несколько ниже или выше принимаемого сейчас уровня, то наше определение придется соответственно изменить. Можно было бы сформулировать вполне «надежное» определение, которое, по-видимому, устоит перед новыми открытиями микробиологов: бескислородной называется атмосфера, в которой содержание кислорода не превышает того уровня, прп котором срабатывает эффект Пастера. Но коль скоро мы хотим сопоставить данные микробиологии с данными атмосферной физики, нам следует отдать предпочтение первому определению: в нем указана конкретная цифра.
Очевидно, точка Пастера была превзойдена тогда, когда интенсивность органического фотосинтеза увеличилась до такой степени, что кислород стал производиться быстрее, чем он потреблялся в процессах дыхания (а также в процессах окисления поверхностных минералов и других). Вероятно, это произошло тогда, когда развился новый, более эффективный способ фотосинтеза, например когда фотолитотрофный тип метаболизма взял верх над примитивным фото«органо»трофным или когда появилась эукариотическая клетка (гл. VIII, разд. 8; см. также [7]), обладающая специализированными органеллами для фотосинтеза. Однако пока все эти догадки остаются беспочвенными, так как для обоснованных выводов у нас нет данных.
8. ПРОНИКНОВЕНИЕ СОЛНЕЧНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТА В ВОДУ
Узнав, как солнечный ультрафиолет проходит через атмосферу различного состава, мы должны теперь рассмотреть его проникновение в воду. Ведь ранняя жизнь не могла существовать на суше в непосредственном контакте с атмосферой, через которую свободно проходили смертоносные ультрафиолетовые лучи. Ранняя жизнь, конечно, была защищена от этого излучения или горными породами, или почвой, или водой озер и морей.
Уже тонкого слоя горной породы или почвы достаточно для защиты от коротковолнового ультрафиолета, однако передвижение
по порам в толще песка или глины или из одной естественной пещеры в другую весьма затруднительно. В крупных водоемах передвижение организмов требует значительно меньших усилий.
Фиг. 94. Глубина проникновения солнечного ультрафиолета в жидкую воду в различных атмосферах (с содержанием свободного кислорода 0,001; 0,01;
0,1; 1 и 10PAL) [1].
Если бы в атмосфере не происходило поглощения, то ультрафиолет с длиной волны 180 нм проникал в воду менее чем на 1 см, свет с длиной волны около 280 нм — почти на 10 м, а красный свет конца видимой части спектра — примерно на 100 м. В примитивной атмосфере, в которой содержание (>2 поддерживается за счет автоматического регуляторного механизма Юри на уровне около 0,001 современного, картина мало изменится. Но уже при содержании кислорода 0,01 современного должны произойти большие изменения. Смертоносное излучение с длинами волн от 230 до 275 нм задерживается уже в атмосфере, а ультрафиолет с меньшей длиной волны проникает в воду всего на 1 м. При содержании кислорода в 10 раз ниже современного уровня все летальное излучение с длиной волны менее 290 нм поглощается в атмосфере и жизнь может выйти на сушу.
