Cianobakterije in kisik, 1. del

Pred več kot tremi milijardami let, v arhaiku, je bilo okolje na Zemlji povsem drugačno kot danes. Organizmov, ki jih danes poznamo, še ni bilo. Razvile so se že različne bakterije in arheje, vse pa so bile anaerobne – za preživetje niso potrebovale kisika. Ozračje je bilo takrat sestavljeno predvsem iz dušika, ogljikovega dioksida in metana, vsebnost prostega kisika pa je bila zanemarljiva¹. Danes kisik predstavlja približno 21 % ozračja, takrat pa je bil ta odstotek več kot deset tisočkrat nižji².

Nato pa so se pred približno tremi milijardami let³ razvile bakterije, ki so imele prav posebno moč. Takšne moči do takrat verjetno ni imel še noben drug organizem: znale so same proizvajati svojo hrano. V procesu fotosinteze so vsrkale ogljikov dioksid, ki ga je bilo v ozračju na pretek, uporabile še vodik iz vode in to vgradile v svoje celice v obliki sladkorjev. Pri tem pa je nastajal tudi odpaden produkt, ki se je sproščal v ozračje; in ta odpaden produkt je kasneje povsem spremenil razvoj življenja. Govorimo o majhni molekuli, ki jo danes imenujemo kisik.

Stromatoliti so fosilizirane večplastne usedline cianobakterij, nekaterih drugih bakterij ali alg v sedimentnih kamninah. Predstavljajo dragocen vir informacij o prvih oblikah življenja na Zemlji.

Prvih nekaj milijonov svojega življenja na planetu so bile cianoabakterije razmeroma redke. Nato pa se je, kot kaže, pred približno dvema in pol milijardama let razvila večcelična oblika življenja. Nekatere enocelične cianobakterije so se začele združevati v filamente oziroma niti, kar je vodilo v povečanje njihovega števila^3,4. Posledica tega je bil izrazit dvig koncentracije kisika v ozračju.

Kopičenje kisika je povzročilo izumrtje večine takrat živečih vrst⁵, ki so bile prilagojene na svet brez kisika ali je bil ta zanje celo strupen. Hkrati pa je sprememba sestave ozračja odprla vrata evoluciji novih vrst organizmov, ki so temeljili na drugačnem tipu metabolizma – aerobnem, torej takem, ki poteka ob prisotnosti kisika. Ti procesi proizvedejo več energije kot anaerobni, kar je omogočilo razvoj večjih organizmov, ne le mikroskopskih, ki so planet naseljevali prej. Dogodku pravimo “velika oksigenacija” in predstavlja eno izmed najbolj drastičnih sprememb v zgodovini Zemlje.

Ko se je vse to dogajalo, seveda še ni bilo ljudi, da bi te bakterije opisali in poimenovali. Smo pa milijone let kasneje našli njihove naslednike, ki v podobni obliki še danes naseljujejo Zemljo – in poimenovali smo jih cianobakterije.

Povezane objave: Cianobakterije in kisik, 2. del, Cianobakterije in kisik, 3. del

Več informacij:

• https://tinyurl.com/4wwknxyd
  Pogovor z dr. Bojanom Sedmakom o nastanku kisika – zvočni posnetek

• https://tinyurl.com/f3mwrhkf
  Velika oksigenacija Zemlje in vloga cianobakterij pri tem

• https://tinyurl.com/36yrs6vn
  Napovedi Agencije republike Slovenije za okolje o podnebnih spremembah v prihodnjih desetletjih

___________________________________________________________________________

Viri:

1. Catling, D. C. in Zahnle, K. J. (2020). The Archean atmosphere. Science advances, 6(9), eaax1420. https://doi.org/10.1126/sciadv.aax1420
2. Lyons, T. W. in sod. (2014). The rise of oxygen in Earth’s early ocean and atmosphere. Nature volume 506, pages 307–315. https://doi.org/10.1038/nature13068
3. Schirrmeister, B. E. in sod. (2015). Cyanobacteria and the great oxidation event: evidence from genes and fossils. Palaeontology, 58(5), 769–785. https://doi.org/10.1111/pala.12178
4. Schirrmeister, B. E. in sod. (2013). Evolution of multicellularity coincided with increased diversification of cyanobacteria and the Great Oxidation Event. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 110(5), 1791–1796. https://doi.org/10.1073/pnas.1209927110
5. Hodgskiss, M. in sod. (2019). A productivity collapse to end Earth’s Great Oxidation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 116(35), 17207–17212. https://doi.org/10.1073/pnas.1900325116

Tekst: Maša Zupančič