Нове дослідження: перші океани Землі були зеленими, а не блакитними

Нове дослідження японських учених із Університету Нагоя кидає виклик традиційним уявленням про те, як виглядали перші океани Землі. Замість звичного блакитного кольору, який ми асоціюємо з водними просторами сьогодні, ранні океани могли бути зеленими. Ця гіпотеза, опублікована в журналі Nature Ecology & Evolution, базується на аналізі взаємодії ціанобактерій, заліза та світла в архейську еру — період, що охоплює час від 4 до 2,5 мільярда років тому. Відкриття не лише розкриває нові деталі про еволюцію життя на нашій планеті, а й пропонує свіжий погляд на те, як шукати ознаки життя на інших небесних тілах.

Команда під керівництвом Таро Мацуо дійшла до висновку, що ключову роль у формуванні зеленого кольору океанів відіграли ціанобактерії — мікроорганізми, які стали піонерами кисневого фотосинтезу. Цей процес розпочався приблизно 2,4 мільярда років тому під час так званої Великої Оксигенаційної Події, коли атмосфера Землі почала насичуватися киснем. Саме ціанобактерії, використовуючи сонячне світло для виробництва кисню, заклали фундамент для появи складніших форм життя, залежних від цього газу.

Сьогодні основними продуцентами кисню є рослини, які поглинають сонячне світло за допомогою хлорофілу. Проте ранні ціанобактерії використовували не лише хлорофіл, а й додаткові пігменти — фіко біліни. Ці молекули, зокрема фікоеритрин, відігравали важливу роль у системі поглинання світла. Вчені поставили запитання: чому ці організми розвинули саме таку комбінацію пігментів? Відповідь криється в унікальних умовах архейських океанів.

За допомогою комп’ютерних симуляцій дослідники встановили, що підводний спектр світла в той час змістився в зелений діапазон через осадження заліза. У ранніх океанах було багато розчиненого двовалентного заліза (ферум), яке надходило з гідротермальних джерел на дні морів. Під час Великої Оксигенації кисень, що виробляли ціанобактерії, вступав у реакцію з цим залізом, перетворюючи його на тривалентну форму (ферит). Останнє, будучи нерозчинним, випадало в осад у вигляді частинок, схожих на іржу. Ці частинки поглинали синє та червоне світло, пропускаючи переважно зелене, що й створювало характерний відтінок підводного середовища.

«Генетичний аналіз показав, що ціанобактерії мали спеціалізований білок фікоеритрин, який ефективно поглинав зелене світло,» — пояснює Таро Мацуо. «Ми вважаємо, що ця адаптація дозволила їм процвітати в залізисто-зелених океанах.» Саме таке пристосування могло стати вирішальним для виживання та розвитку цих організмів у тих умовах.

Ці знахідки мають ширші наслідки, ніж просто реконструкція минулого Землі. Мацуо припускає, що зелені океани можуть бути маркером раннього життя не лише на нашій планеті, а й на екзопланетах. Сьогодні океани Землі виглядають блакитними через те, що вода розсіює синє світло й поглинає червоне. Але в архейську еру присутність осаду заліза могла сприяти відбиттю зеленого світла, роблячи океани видимими в цьому спектрі. «Дані дистанційного зондування показують, що води, багаті гідроксидом заліза, наприклад, поблизу острова Іво в архіпелазі Сацунан, значно яскравіші за типові блакитні океани,» — зазначає Мацуо. Це може полегшити виявлення подібних водойм на далеких планетах за допомогою телескопів.

Дослідження підкреслює складний зв’язок між поверхневим середовищем Землі та фотосинтетичними організмами. Виникнення життя, здатного до фотосинтезу, спричинило зміни в навколишньому середовищі, які, своєю чергою, стимулювали подальшу еволюцію цих організмів. Така коеволюція життя та планети є центральною ідеєю «гіпотези зелених океанів,» яку Мацуо вважає об’єднувальною концепцією для розуміння ранньої історії Землі.

«Коли я вперше припустив, що океани могли бути зеленими, у 2021 році, я був налаштований скептично,» — згадує Мацуо. «Але після років досліджень, коли геологічні та біологічні дані почали складатися, як пазл, мій скептицизм поступився переконанню.» Одним із переломних моментів стала експедиція на острів Іво в 2023 році. «З борту човна ми бачили, як води навколо острова виблискували зеленим через гідроксиди заліза — саме так, як я уявляв собі Землю в далекому минулому,» — додає він.

Ця робота спирається на багаторічні зусилля команди, яка вимірювала підводний спектр світла, концентрацію оксидів заліза та склад ціанобактерій у сучасних водоймах, що нагадують архейські умови. Результати не лише підтверджують гіпотезу зелених океанів, а й відкривають нові горизонти для астробіології. Якщо зелене світло справді є відмітною ознакою раннього життя, це може змінити підходи до пошуку позаземних цивілізацій.

Опубліковане ослідження стало важливим кроком у розумінні того, як життя формувало Землю — і як Земля формувала життя. Воно нагадує нам, що навіть звичні речі, як колір океану, можуть приховувати історію, що змінює наші уявлення про світ.