Bumi itu berkarat.
Laut telah menyerap gas berbahaya selama miliaran tahun, dan sekarang akhirnya mencapai batasnya. Besi di air laut telah menjadi karat terbesar dalam sejarah dan mengendap. Gas ekstra hanya dapat terakumulasi di atmosfer bumi dan hidrosfer, seluruh planet bergetar.
Sebagian besar organisme mati, dan metabolisme mereka hancur total oleh lingkungan baru. Sejumlah kecil nyawa lolos dengan bersembunyi di laut dalam yang jauh, tetapi mereka tidak pernah bisa melihat langit lagi. Hanya sedikit kehidupan yang beradaptasi dengan lingkungan baru dan akan makmur di masa depan; tetapi pertama-tama, mereka harus bertahan hidup dari perubahan iklim terbesar sejak Archean, dan perubahan iklim ini akan terus berlanjut. Dalam 300 juta tahun berikutnya, seluruh permukaan bumi ditutupi dengan kematian.
Lautan sepertinya menerima segalanya Sumber gambar: pixabay
Sumber dari semua bencana ini hanyalah sejenis makhluk--
Tidak, bukan manusia. Di depan cerita ini, orang tidak diberi peringkat sama sekali. Yang kita bicarakan adalah sejenis makhluk yang tidak terlihat dengan mata telanjang: Cyanobacterium penghasil oksigen .
Itu mengubah dunia.
Apa itu fotosintesis
Cyanobacterium fotosintetik penghasil oksigen adalah nama kolektif untuk sekelompok besar cyanobacteria. Protochlorococcus laut (Prochlorococcus marinus) adalah contoh yang baik. Ciri-ciri mereka tertulis dalam namanya: mereka termasuk dalam cyanobacteria, dapat berfotosintesis, dan dapat menghasilkan oksigen.
Protochlorococcus laut Sumber gambar: panchamimenon.com
Tunggu sebentar, apakah kalimat ini agak rumit? Itu semua fotosintesis, bukankah normal menghasilkan oksigen?
itu tidak benar. Produksi oksigen bukanlah hal yang wajar . Produksi oksigen adalah keajaiban.
Fotosintesis pada dasarnya adalah reaksi reduksi. Ambil sedikit karbondioksida, isi paksa dengan beberapa elektron untuk menguranginya, lalu tambahkan beberapa proton untuk menyeimbangkan muatan, dan Anda akan mendapatkan gula, titik awal dari proses biokimia yang tak terhitung jumlahnya, sumber fundamental dari semua makanan kita. Tapi karbon dioksida sangat stabil, tidak suka diblokir secara paksa, jadi elektron pasti sangat berenergi. Ini ambang pertama.
Untungnya, kita memiliki matahari. Matahari terus menerus mengisi bumi dengan energi. Tetapi ada ambang batas kedua: dari mana elektron-elektron ini berasal? Beberapa elektron tetap berada di tempat yang sangat stabil, sulit untuk ditarik keluar dengan paksa, Anda harus menyuntikkan banyak energi ke dalamnya; elektron lain secara inheren berenergi tinggi, dan Anda dapat berlari untuk menindas karbon dioksida dengan sedikit dorongan.
Diagram skema fotosintesis sederhana Sumber gambar: Daniel Mayer; Sinisasi: xiaomingyan
Hal yang aneh di sini: cyanobacteria fotosintetik penghasil oksigen tidak menggunakan sumber elektron mudah, dan sumber elektron sulit dipilih. Alasan mengapa fotosintesis menghasilkan oksigen adalah karena air digunakan sebagai bahan bakunya: Pisahkan air dengan energi sinar matahari , Elektron dikirim untuk mereduksi karbondioksida, proton dikirim untuk menyeimbangkan muatan, dan oksigen yang tersisa "dibuang". Namun, air adalah molekul yang sangat stabil, dan merupakan tindakan yang sangat tidak berterima kasih untuk membelah air untuk merebut elektronnya. Pada zaman kuno, bumi dikelilingi oleh sumber elektron yang lebih baik, seperti hidrogen sulfida dan besi, dan banyak organisme lain yang menggunakannya. Mengapa cyanobacteria fotosintetik penghasil oksigen mengalami begitu banyak masalah dengan air?
Mungkin karena inilah cara terbaik untuk mengatasi "kemacetan lalu lintas elektronik".
Dua sistem yang berhubungan dengan cahaya
Seperti disebutkan sebelumnya, fotosintesis penghasil oksigen harus menyelesaikan dua tugas: pertama mengkonsumsi sejumlah energi, mengambil elektron, dan kemudian secara paksa menambahkan lebih banyak energi ke karbondioksida. Kedua tugas ini diselesaikan oleh dua set protein, karena alasan historis disebut Sistem Optik II dengan Sistem Optik I . Dari semua bakteri, Hanya cyanobacteria fotosintetik penghasil oksigen yang memiliki dua sistem pada waktu yang sama , Sisanya hanya satu dari keduanya. Dan semua organisme fotosintetik penghasil oksigen lainnya - seperti tumbuhan hijau - bergantung pada endosimbiosis dan membawa set lengkap cyanobacteria ke dalam tubuh mereka.
Fotosintesis tumbuhan hijau tidak terlepas dari kloroplas. Gambar menunjukkan sel-sel affine Plagiomnium dan sel-sel di dalamnya
Beberapa bakteri hanya memiliki fotosistem I, yaitu hanya bagian yang menghubungkan elektron ke karbon dioksida. Untungnya, mereka tidak perlu bersusah payah mengambil elektron dari air, mereka bisa dengan mudah mendapatkannya dari hidrogen sulfida dan besi, jadi Hanya satu sistem yang dapat memperlancar fotosintesis -Hanya belerang atau besi yang diproduksi, bukan oksigen.
Beberapa bakteri hanya memiliki fotosistem II, tetapi mereka menggunakan sistem ini untuk melakukan hal lain: menghasilkan molekul energi ATP. Faktanya, fotosistem II dan sistem yang digunakan oleh respirasi pada dasarnya sama, dan cara menghasilkan ATP juga sama, hanya saja respirasi mengandalkan energi oksidasi, yang mengandalkan energi cahaya.
Cyanobacteria memiliki kedua sistem ini. Ini tidak ada dalam dirinya sendiri-transfer gen horizontal sering terjadi pada bakteri. Tetapi bagaimana dan mengapa ini menghubungkan kedua sistem ini bersama-sama?
Belum ada jawaban pasti, tetapi ada hipotesis yang sangat indah: ini untuk menyelesaikan masalah sistem optik II yang diblokir oleh elektron.
Pada bakteri, Fotosistem II seperti sekelompok anak-anak yang duduk di tangga bermain drum dan menyebarkan bunga: anak-anak di atas secara bertahap mengirimkan elektron ke bawah, melepaskan energi dalam proses untuk menghasilkan ATP. Setelah anak di bawah mendapatkan elektron, dengan bantuan energi matahari, dia melemparkannya kembali ke atas, dan seterusnya.
Diagram skematis dari "respon cahaya" fotosintetik di mana dua sistem cahaya berada Sumber gambar: Bensaccount / wikimedia
Tapi ada masalah. Saat matahari menyinari kaca jendela tangga (sebenarnya, manganlah yang bertanggung jawab atas perlindungan UV pada bakteri), satu atau dua elektron akan muncul dari waktu ke waktu. Anak-anak ini sangat naif, mereka hanya tahu untuk menggendongnya saat mereka melihat elektronik. Satu atau dua lagi bukanlah masalah, tetapi seorang anak hanya dapat memegang satu elektron. Jika setiap orang memiliki elektron di tangannya, mereka tidak akan dapat meneruskannya lagi! Produksi Light System II terhenti.
Stagnasi karena elektron terlalu banyak, jika saja seorang guru bisa datang dan mengambil elektron ekstra. Tapi Anda tidak bisa meletakkan barang elektronik di tangan Anda, Anda masih harus membuangnya ke tempat lain. Siapa yang pandai menghubungkan elektronik ke orang lain? Ya, sistem optik I.
Jadi, hubungkan keduanya, Biarkan sistem optik I menghilangkan elektron ekstra di II , Memasukkan karbon dioksida untuk fotosintesis, bukankah itu yang terbaik dari kedua dunia?
Ketika keduanya terhubung, pintu ke dunia baru terbuka. Sistem Optik II tidak perlu lagi khawatir terhalang oleh elektron berlebih. Faktanya, ia tidak perlu mendaur ulang lagi; jika Anda membuang semua elektron ke sistem optik I, Anda dapat Selain memproduksi ATP, ia juga terus menerus menghasilkan gula , Membunuh dua burung dengan satu batu. Tanpa sirkulasi, tidak ada rasa takut akan lebih banyak elektron, lebih banyak lebih baik.
The "Calvin Cycle" yang ditemukan oleh Melvin Calvin adalah link dalam fotosintesis yang menghasilkan gula, dan juga mimpi buruk bagi banyak orang yang pernah mempelajari biokimia (salah satunya) Sumber gambar: Mike Jones dan Photolab / wikimedia
Jadi kaca jendela itu diawasi. Dahulu jendela / mangan kadang-kadang meledak elektron setelah terkena cahaya, sekarang mangan lebih baik bertanggung jawab untuk menghasilkan elektron secara penuh.
Secara kebetulan, ada mineral yang mengandung mangan di mata air panas laut dalam, yang hanya bisa mengelilingi molekul air dengan empat atom mangan dan bertindak sebagai katalis.
Dengan cara ini, sistem optik I menyambungkan elektron menjadi karbon dioksida, dan berbalik dan meminta sistem optik II untuk elektron; sistem optik II membutuhkan elektron dari mineral yang mengandung mangan. Mangan mentransfer tekanan ke air, mengepung dari semua sisi untuk merebut elektron dalam molekul air, air yang tidak berdosa terkoyak, dan elektron yang dihasilkan diteruskan ke sistem cahaya II, oksigen dibuang, dan air berikutnya ditangkap. Seluruh energi diambil. Matahari bertanggung jawab untuk menyediakan.
Pengaturan yang tampak luar biasa ini menjadi akar penyebab bencana.
Bagaimana oksigen membawa bencana
Lebih dari dua miliar tahun yang lalu, tidak ada oksigen gratis di bumi.
Hal ini sebenarnya cukup normal, hingga saat ini Jupiter didominasi oleh gas pereduksi seperti hidrogen dan metana. Ketika bumi terbentuk, ia juga merupakan debu di tata surya seperti Jupiter, meskipun kecil dan atmosfernya jauh lebih tipis, namun komposisinya serupa.
sehingga, Saat itu, semua makhluk bumi hanya tahu bagaimana bertahan hidup dalam lingkungan yang semakin berkurang .
tapi kemudian Oksigen gratis Muncul. Awalnya, ia bercampur dengan besi besi yang berkeliaran di lautan, dan diendapkan menjadi besi besi yang tidak larut dalam air. Semakin banyak oksigen, semakin sedikit zat besi, hingga akhirnya hampir semua besi mengendap. Mereka berubah menjadi bijih besi bergaris merah, yang merupakan bijih besi paling melimpah di kerak bumi.
Pada saat yang sama, hampir semua ion sulfida di lautan teroksidasi. Tanpa besi, tanpa belerang, sumber elektron yang mudah menghilang, Rute fotosintesis lama begitu "kehabisan makanan" .
Yang lebih menakutkan adalah bahwa oksigen adalah gas yang sangat merusak. Anda mungkin pernah mendengar tentang radikal bebas oksigen. Makhluk masa kini memiliki solusi lengkap untuk mengatasi kerusakannya. Makhluk pada masa itu tidak memiliki apa-apa.
Akibatnya, saat kandungan oksigen di perairan meningkat secara bertahap, organisme di sini harus dihitung lagi dan lagi. Setiap saat pasti disertai dengan kematian dalam jumlah besar.Hanya beberapa makhluk yang beruntung dan nyaris bermutasi untuk menahan lebih banyak oksigen, dan lambat laun belajar bertahan hidup di dunia baru. Ada juga sejumlah kecil makhluk hidup di laut dalam atau mulut mata air yang tidak terjangkau oksigen, dan mereka masih memiliki kehidupan yang sama seperti sebelumnya.
Belum berakhir jika Anda telah menginvasi lautan, Anda membutuhkan oksigen Menempati langit . Metana di atmosfer bumi dikonsumsi oleh oksidasi. Metana adalah gas rumah kaca yang sangat kuat, yang menutupi kurangnya sinar matahari di matahari muda; tanpa metana, bumi telah jatuh ke dalam zaman es super 300 juta tahun, dan seluruh planet tertutup oleh es dan salju dari kutub hingga ekuator.
Kepunahan paling tragis dalam sejarah kehidupan lahir di tangan mikroorganisme tak terlihat dan molekul yang sangat sederhana.
Namun, mereka juga penyelamat bumi.
Tanpa oksigen, tidak akan ada bumi hari ini
Tanpa oksigen, tidak akan ada respirasi aerobik, dan kehidupan akan kehilangan sumber energinya yang paling kuat dan efisien; tanpa energi efisiensi tinggi, ia tidak akan mampu mendukung rantai makanan berlapis-lapis dan tubuh besar, serta tidak akan ada predator dan predator. Hubungan ekologi yang kompleks dan perlombaan senjata, tidak akan ada antelop dan cheetah, tangan dan otak.
Tetapi ini bukanlah hal yang terpenting. Tanpa oksigen, tidak akan ada planet biru yang kita kenal .
Posisi Venus, Bumi, dan Mars di tata surya tidak berjauhan, dan komposisi kimiawi pembentukannya hampir sama. Tapi bumi adalah planet biru, permukaannya ditutupi lautan. Venus dan Mars tidak, air mereka terhempas oleh matahari.
Venus, Bumi dan Mars Sumber gambar: NASA
Sinar ultraviolet memiliki panjang gelombang pendek dan daya rusak yang kuat, dapat memecah air menjadi hidrogen dan oksigen tanpa bantuan eksternal, dan lolos ke atmosfer bumi. Oksigen akan mencari benda-benda terdekat yang dapat teroksidasi untuk dioksidasi, dan kemudian perlahan-lahan keluar ke dalam formasi dan diserap kembali. Tapi hidrogen terlalu ringan, hanya raksasa seperti Jupiter yang bisa menahannya; gravitasi Bumi, Venus, dan Mars tidak cukup untuk menahannya di atmosfer, dan Anda hanya bisa melihatnya pergi ke luar angkasa dan tidak pernah kembali.
Proses ini tidak dapat dibatalkan. Jika dibiarkan berkembang, suatu saat air di planet ini akan hilang.
Cyanobacteria fotosintetik penghasil oksigen mengubah semua ini. Ini menghasilkan sejumlah besar oksigen dalam waktu singkat dalam skala astronomi, mengandalkan serangan saturasi untuk membanjiri kapasitas penyerapan seluruh kerak bumi, dan sisanya cukup untuk mengisi atmosfer bumi. Pada saat yang sama, lapisan ozon terbentuk di udara, yang mencegat sinar ultraviolet matahari di sisi atas dan hidrogen yang mengapung di sisi bawah, sehingga melindungi samudra biru bumi dan semua kehidupan di masa depan.
Saat ini, cyanobacteria fotosintetik penghasil oksigen masih merupakan kelompok terpenting di planet ini, dan protochlorococcus adalah kelompok yang paling beragam. Protochlorococcus individu sangat kecil, dan juga dapat menggunakan lemak sulfur sebagai pengganti fosfolipid untuk membentuk membran sel, memungkinkannya untuk bertahan hidup di perairan dengan nutrisi yang sangat terbatas. Ada sekitar 100.000 protochlorococcus di setiap mililiter air laut; ada sekitar 10 ^ 27 di dunia, lebih banyak daripada bintang-bintang di alam semesta.
Dan itu masih melanjutkan misi kuno miliaran tahun yang lalu. Protochlorococcus laut menghasilkan sekitar 13% 48% Oksigen, ditambah plankton laut lainnya, kontribusinya sekitar 50% -85%. Jika mereka menghilang sekarang, hampir semua ekosistem yang tersisa akan terseret seluruhnya; jika tidak pernah ada, hampir semua ekosistem yang tersisa tidak akan lahir.
Ini adalah kisah tentang makhluk paling tidak mencolok di bumi. Itu telah menciptakan bencana terbesar dalam sejarah kehidupan dan menyelamatkan masa depan kehidupan di seluruh planet.
Itu mengubah dunia.
Penataan huruf: Ruiying
Sumber gambar judul: Peter Sawyer / Smithsonian Institution
Sumber: Kalender Spesies
- Pergi ke "Natural Oxygen Bar" Australia, lihat ikan paus, berjalan-jalan di hutan hujan tropis, dan bersenang-senang di Great Barrier Reef
- Foto-foto ini mungkin tidak memenangkan penghargaan, tetapi membuat orang-orang menjadi hangat sepanjang musim dingin
- 28 jam untuk menyelesaikan kasus ini dan memulihkan barang yang dicuri! Dibalik hasilnya, polisi sudah bekerja siang malam, begadang semalaman ...