Сегодня кислород в атмосфере Земли создается фотосинтезирующими организмами. Однако жизнь адаптировалась к присутствию этого агрессивного окислителя еще до появления фотосинтеза. Активные формы кислорода могли появляться на молодой планете благодаря геологическим процессам — движениям ледников и землетрясениям, которые раскалывали кристаллы кварца.

Современная атмосфера Земли примерно на 20% состоит из молекулярного кислорода, но так было не всегда. Считается, что свободный кислород наполнил воздух благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов около 2,4 миллиарда лет назад и стало серьезным испытанием для молодой жизни.

Кислород, особенно в форме пероксида и свободных радикалов, — это крайне агрессивный окислитель. Он легко повреждает любые биомолекулы, включая ДНК, и требует эффективных механизмов защиты. Далеко не всем обитателям Земли удалось приспособиться к новым условиям жизни. Тот переход называют кислородной катастрофой.

Тем не менее определенные средства защиты существовали уже тогда. Ферменты, нейтрализующие свободные формы кислорода, есть у большинства современных групп организмов, а анализ их генов показывает, что возникли они задолго до той катастрофы. Более того, именно на их основе появились белки, необходимые для фотосинтеза.

Следовательно, жизнь «училась работать» со свободным кислородом с очень далекого времени. Некоторые его количества могли возникать в атмосфере молодой Земли, но этого количества было совсем недостаточно. Откуда же появлялся кислород до начала фотосинтеза? 

Ответ на этот вопрос дает новая работа ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Марк Тименс и его коллеги проводили эксперименты с кварцем — одним из самых распространенных минералов в составе земной коры. Опыты показали, что измельченные кристаллы кварца в условиях, имитирующих атмосферу молодой Земли, могут взаимодействовать с водой, выделяя пероксид водорода и другие активные формы кислорода.

Ученые считают, что в природе аналогичные разрушения кристаллов кварца могли производить землетрясения или движения ледников. По оценкам Тименса и его соавторов, такие процессы могли создавать в 100 миллиардов раз больше пероксида и других активных форм кислорода, чем атмосферные реакции. Именно это могло стимулировать живые организмы приспосабливаться к их присутствию.