Фосфорный цикл: причина или следствие?

«Жизнь была бы невозможна без фосфора», — начинается редакционная статья в журнале Nature.

Присутствуя в молекулах, от ДНК до мембранных липидов и соединений, которые переносят энергию в клетках, он действует как важное питательное вещество наряду с азотом.Фосфор перемещается по окружающей среде в энергичных биогеохимических циклах. , что отражает его химическую активность и острую конкуренцию со стороны голодных организмов. [Выделено нами.]

Как начался этот биогеохимический цикл? Ученые из Кембриджского университета озадачены тем, «как жизнь и геология работали вместе, создавая богатую питательными веществами кору Земли». В своем анализе они видят, что количество элемента фосфора, по-видимому, увеличилось в земной коре примерно в то же время, что и кембрийский взрыв. Было ли одно причиной или следствием другого? Это не казалось случайным.

Около 500 миллионов лет назад жизнь в океанах быстро разнообразилась.В мгновение ока— по крайней мере, в геологическом отношении —жизнь преобразиласьот простых существ с мягким телом до сложных многоклеточных организмов с панцирем и скелетом.

Теперь исследования, проведенные Кембриджским университетом, показали, чтодиверсификация жизни в это время также привела к резкому изменению химии земной коры.— самый верхний слой, по которому мы ходим, и, что особенно важно, слой, который обеспечивает многие питательные вещества, необходимые для жизни.

Они повторяют, как мы уже говорили ранее, что фосфор (P) является ограничивающим фактором биологической продуктивности. В отличие от других наиболее распространенных жизненно важных элементов (C, H, O, N, S), P необходимо извлекать из горных пород путем химического выветривания — не в чистом виде, который взрывоопасен, а в виде PO43- (фосфата). Микробы и растения могут использовать неорганический фосфат (Pi). Тогда другие организмы могут использовать вырабатываемые ими фосфатсодержащие молекулы (органический фосфат, или Po).

Крейг Уолтон из Кембриджа отмечает, что как только жизнь в океанах станет изобилующей, может начаться программа переработки фосфора.

Когда эти организмы умирают, большая часть фосфора возвращается обратно в океаны. Этотэффективный процесс переработки является ключевым элементом контроляо количестве общего фосфора в океане, который, в свою очередь, поддерживает жизнь: «Этопозволяет нам иметь всю жизнь, которую мы видимвокруг нас сегодня, поэтому пониманиекогда этот процесс началсядействительно ключевой момент», — сказал Уолтон.

Кислородная теория кембрийского взрыва играет важную роль в его модели, хотя он прямо не говорит, что считает, что кислород стал причиной внезапного увеличения количества животных. Он лишь указывает на интересную корреляцию.

Но вся эта биологическая перерабатывающая способностьзависит от кислорода . Это то, что питает бактерии, ответственные за расщепление мертвого органического материала и возвращающего фосфор обратно в океаны.

Исследователи полагают, чтовсплеск кислорода примерно во время кембрийского взрыва может объяснить, почему количество фосфора увеличилось. в скалах. «Если бы уровень кислорода действительно увеличился в то время, то, возможно, больше кислорода было бы доступно для расщепления глубоководной биомассы и переработки фосфора в мелководные прибрежные районы», — сказал Уолтон.Перемещение этого фосфора обратно в сушу означало, что он лучше сохранился в горных породах, составляющих континенты.«Эта серия изменений в конечном итоге способствовала активизации сложной жизни, какой мы ее знаем», — сказал Уолтон.

Таким образом, кислород является третьим важным компонентом в круговороте фосфора.

«Трудно разгадать последовательность событий —возникла ли сложная жизнь отчасти из-за увеличения запасов кислорода и фосфора, или они на самом деле были полностью ответственны за увеличение доступности обоих, до сих пор остается спорной темой». Уолтон и его команда сейчас пытаются расследоватьтриггер и времяоб этом обогащении земной коры фосфором более подробно.

Подводя итог, можно сказать, что существует замечательное взаимодействие биологии с двумя абиотическими элементами (кислородом и фосфором), которые поддерживают жизнь на нашей планете. Кембриджские ученые не смогли решить, что было первым, как был запущен цикл и как все оставалось в равновесии после его начала.