3,42 миллиарда лет назад земной океан успел охладиться гораздо сильнее, чем думали учёные до сих пор. А это значит, что и благоприятные условия для "взрыва" жизни возникли на нашей планете в более раннюю эпоху. Об этом свидетельствует новое исследование, проведённое специалистами из Стэнфорда (Stanford University).

Об условиях в древнем океане способны рассказать породы, образовавшиеся некогда на его дне. В частности, соотношение изотопов ряда элементов в таких древних отложениях является отражением баланса изотопов в морской воде, а кроме того, оно зависит от химического равновесия, на которое заметно влияет и температура воды. Таким образом, расшифровывая изотопный состав древнейших пород, геологи могут узнать и о пропорциях элементов в воде, и о температуре этой воды.

Предыдущие исследования, определявшие параметры океана в архее, отталкивались от соотношения изотопов кислорода. По ним выходило, что порядка 3,5 миллиарда лет назад температура Мирового океана составляла от 55 до 85 °C. Значит, ни о каком всплеске жизни в ту эпоху говорить ещё не приходилось — в такой среде могли развиваться разве что редкие бактерии-экстремофилы.

Новый подход к анализу древних пород использовали Майкл Грен (Michael Hren), Майк Тайс (Mike Tice) и Пейдж Чемберлен (Page Chamberlain). Они взяли образцы мелкозернистой осадочной кремнистой породы из обнажения в Южной Африке. Те породы были сформированы 3,42 миллиарда лет назад, будучи дном океана. Причём исследователи определяли в комплексе баланс не только изотопов кислорода, но и водорода. Сопоставление же всех этих величин позволило троим учёным сделать выводы, противоречащие принятым представлениям.

Шерт (chert, богатая кремнезёмом порода) Buck Reef – обнажение, которое предоставило образцы для данного исследования (фото Mike Tice).

Оказалось, что температура океана тогда не могла быть выше 40 °C, а в отдельных районах, вероятно, была заметно ниже. Получается, что для фотосинтезирующих организмов, обитавших на сравнительном мелководье, условия были просто замечательные. Им не приходилось "выживать на грани", как это было бы при температуре воды в 60, и тем более в 85 градусов: в умеренно-тёплой воде (то есть при нагреве ниже 40 °C) эти микроорганизмы (по определению Тайса) "были просто счастливы".

А такие микробы, как известно, — основа всей экосистемы, база пищевой пирамиды и плацдарм, с которого эволюция начала своё восхождение к более сложным формам жизни. И это восхождение, выходит, началось хронологически раньше, поскольку температура на молодой Земле раньше опустилась до "нужных" величин.

(Косвенно о том же самом говорят новые следы ранних многоклеточных, переносящие появление таких организмов назад во времени.)

Процветание микроорганизмов в горячей воде авторы нового исследования изучали на примере источников в Национальном парке Йеллоустоун (Yellowstone National Park). По мере удаления потока от источника температура воды постепенно падает. Исследователи измерили, что красочные полосы фотосинтезирующих микробов появляются на границе, где вода охлаждается до 73 градусов по Цельсию, и далее, по мере последующего остывания, колонии микробов бурно растут. Такого процветания, следовательно, не могло бы случиться на склонах островов эпохи архея, если бы температура океана составляла 85 градусов (фотографии Mike Tice, Texas A&M University).

Одновременно учёные из Стэнфорда вычислили, что изотопный состав раннего океана заметно отличался от нынешнего: в воде была намного большей доля обычного водорода, в сравнении с дейтерием, нежели в нашу эпоху. Поскольку между океаном и атмосферой существует определённый баланс, это говорит и об ином составе воздуха в эпоху архея.

За миллиарды лет океану пришлось потерять много водорода (а он отправился именно в атмосферу), чтобы довести соотношение изотопов этого элемента в морской воде до современного значения. В то же время, как мы знаем, в атмосфере выросло содержание кислорода, водорода же мы в ней практически не наблюдаем: логичный вывод — в древнюю эпоху он улетучился в космос.

Породы, взятые для анализа, судя по всему, были сформированы на разных глубинах, многие, вероятно, — на склонах вулканических островов, — утверждают Тайс и его коллеги, — при этом в архей суши на Земле было кот наплакал, по большей части она была покрыта водой. Именно в таких условиях буквально процветали ранние микроорганизмы — считают авторы новой работы.

Дабы укрепиться в своих выводах, они провели дополнительное исследование, которое давало гарантию, что взятые образцы не подвергались изменениям в более поздние эпохи, которые повлияли бы на изотопный состав. Перед нами действительно отпечаток дна древнего океана — утверждают американцы.

Детали этого открытия можно найти в пресс-релизе Стэнфорда, статье авторов исследования в Nature и ролике, в котором профессор Чемберлен сам рассказывает о полученных выводах.