9. Защита от кислорода и "кислородные оазисы"

В предыдущем разделе мы уже писали о парадоксе: кислород, выделявшийся ранними фотосинтезирующими организмами и обеспечивший затем расцвет жизни на Земле, был вначале смертельно опасен для этой жизни. История развития живого богата парадоксами, но этот - самый поразительный. Противоречие между важной ролью кислорода и его токсичностью характеризовало развитие жизни при переходе от бескислородной атмосферы к кислородной и остается в силе и теперь, в условиях кислородной атмосферы. Выделение кислорода в процессе органического фотосинтеза привело к весьма противоречивым реакциям и результатам. С одной стороны, это, как мы только что видели, должно было привести к развитию противокислородных защитных механизмов. С другой стороны, выделение кислорода в каком-либо месте могло привести к его локальному накоплению и к раннему, локальному же, развитию кислородолюбивых организмов еще в те времена, когда большинство организмов жило в бескислородной среде. Как это случилось, неизвестно. Все же мы приведем один возможный механизм защиты от кислорода и попробуем представить себе, как в так называемых "кислородных оазисах" развились механизмы использования кислорода.

Считается, что явление биолюминесценции - "пережиток" древних способов противокислородной защиты [10]. Сейчас биолюминесценция (способность живых организмов испускать свет) довольно широко распространена в природе. Она встречается не только у насекомых (всем известных светляков), но и у рыб, ракообразных, моллюсков, червей, простейших и растений. Способность светиться свойственна самым разным организмам и никак не коррелирует с их систематическим положением. Можно думать, что это очень древний признак, оставшийся теперь лишь у отдельных, не связанных между собой групп растений и животных. Он сохранился у тех организмов, для которых способность светиться оказалась полезной сама по себе, а не как средство защиты от кислорода. Биолюминесценция иногда необходима для освещения (например, глубоководным рыбам) или для привлечения полового партнера (например, у светляков).

У разных организмов процесс биолюминесценции имеет общую основу: особое соединение, люциферин, окисляется под действием фермента люциферазы. Строение люциферинов различно у разных организмов, но для нас важен лишь тот факт, что во всех случаях идет прямое и энергичное окисление с использованием свободного кислорода. Вот почему Мак-Элрой и Зелигер [10] сделали вывод, что биолюминесценция - древний механизм защиты от кислорода, развившийся в эпоху начала органического фотосинтеза и сохранившийся в условиях кислородной атмосферы лишь у тех организмов, для которых свечение по каким-то причинам оказалось полезным само по себе.

Другое явление, связанное с появлением в атмосфере свободного кислорода, - это кислородные оазисы. Так Фишер [5] окрестил, ограниченные насыщенные кислородом зоны, возникавшие вокруг фотосинтезирующих организмов. На фиг. 43 показаны такие оазисы вблизи морских водорослей и примитивные животные, обитающие в оазисах. Но в кислородных оазисах могли жить и дышащие микробы, облигатно или факультативно связанные с примитивными фотосинтезирующими микроорганизмами.

Фиг. 43. В период возникновения кислородной атмосферы могли существовать так называемые 'кислородные оазисы' [5]. На первой стадии 'животные' или другие зависящие от наличия кислорода организмы, как показано на рисунке, тесно связаны с фотосинтезирующими водорослями. На следующей стадии (вопреки мнению Фишера ни природа этой стадии, ни срок ее наступления пока не ясны) 'животные' могут удалиться от растений, так как морская вода постепенно насыщается кислородом. А - докембрий; Б - ранний палеозой; В - наше время

Вряд ли нам когда-либо удастся что-нибудь узнать о структуре таких кислородных оазисов и их роли. Но это предположение весьма полезно, так как позволяет наглядно представить себе некоторые стороны процесса изменения атмосферы Земли.