Представьте, что вы перенеслись на 2,5 миллиарда лет назад. Вместо привычного воздуха вас встретит почти бескислородная атмосфера, а жизнь будет представлена в основном микробами, которым кислород не нужен. Они выживали за счет брожения и других бескислородных процессов.

Некоторые из таких организмов до сих пор существуют — например, в горячих источниках или у гидротермальных жерл на дне океана.

Но потом что-то  изменилось. Благодаря фотосинтезу — процессу, при котором древние бактерии научились использовать солнечный свет для получения энергии — в атмосфере начал накапливаться кислород.

Это событие называют Великой кислородной катастрофой (ВКК). Оно перевернуло историю планеты: мир, где кислорода почти не было, постепенно превратился в тот, что мы знаем сегодня.

Ученые давно пытаются понять, когда именно и как это произошло. Исследователи из Сиракузского университета и MIT изучили древние горные породы из Южной Африки, чтобы найти ответы. Они анализировали изотопы азота — это как химические «отпечатки пальцев», которые показывают, как менялся состав океана и атмосферы.

Оказалось, что океан начал насыщаться кислородом на 100 миллионов лет раньше, чем считалось. Но в атмосфере он появился позже — значит, переход к кислородной жизни был долгим и сложным.

Результаты исследования опубликованы в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Это как перестройка всего биохимического механизма, — объясняет Кристофер Джуниум, один из авторов исследования. — Микроорганизмам пришлось адаптироваться к новым условиям, где кислород стал и источником энергии, и угрозой.

Для нас это важно, потому что без ВКК не было бы ни животных, ни людей. Кислородное дыхание дало организмам гораздо больше энергии, что позволило развиваться сложным формам жизни.

Мы изучаем не просто древние камни, — говорит Бенджамин Ювегес, ведущий автор работы. — Мы пытаемся понять, как планета и жизнь вместе эволюционировали, чтобы прийти к тому миру, в котором мы живем.

Теперь ученые хотят продолжить исследования, чтобы точнее восстановить хронологию событий и понять, как жизнь адаптировалась к таким радикальным переменам.

Этот проект помогает не просто удовлетворить научное любопытство, а понять фундаментальные механизмы эволюции. Если мы разберемся, как жизнь адаптировалась к резким изменениям в прошлом, это даст ключи к прогнозированию будущего — например, как экосистемы отреагируют на современные климатические сдвиги. Кроме того, изучение древних биохимических процессов может вдохновить новые биотехнологии, например, в области очистки воды или создания устойчивых к гипоксии культур.

Хотя исследование проливает свет на ранние этапы окисления, оно опирается на данные лишь из одного региона — Южной Африки. Чтобы картина была полной, нужны аналогичные исследования пород из других древних континентов.

Ранее ученые выяснили, как кислород вырабатывался на планете до цианобактерий.