科学者は、グレート酸化イベント（GOE）として知られているものについていくつかの説明を提案しました。これは、約23億年前に始まり、シアノバクテリアの出現と拡散に関連していた可能性が高い酸素レベルの突然の増加です。しかし、酸素が低レベルから上昇して地球の大気を支配する正確な方法は不明です。
「以前の研究では、これがどのように行われたかについてさまざまなアイデアを示唆していますが、進化する生態系が環境にどのようにフィードバックし、ダイナミクスに影響を与えるかを調べる能力が一般的に欠けていました」と、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の宇宙生物学者であるジャッキー・オーガスターマンは言います。 「ここでは、酸素生産シアノバクテリアが特定の濃度に達すると、実際に惑星を酸素が支配する状態に駆り立てることができることを示しています。」
最初の微生物の1つであるシアノバクテリアは、地球上のほぼすべての生態系に見られ、色素の色と光合成を実行する能力のために「青緑藻類」として知られています。これは、太陽のエネルギーを使用して二酸化炭素と水を砂糖に変換するプロセスです。
光合成の副産物は酸素です。今日の大気は21％の酸素であり、そのほとんどは古代の光合成剤によって数百万年にわたって生成されたと考えられています。
知られていないのは、シアノバクテリアが現れる前に大気が非常に酸素不足だった理由です。現在のレベルの0.1％未満であると推定されていますが、それは単純な形態をサポートするのに十分です。
この質問に対処するために、オータスターマンと同僚は、海洋におけるシアノバクテリアの上昇と拡散を調査するためのモデルを開発し、海洋が酸素に支配されるように移行する条件をシミュレートしました。
チームは、酸素を生成しなかった最も単純な生命体を含む海のモデルを開発することから始めました。その後、彼らは限られた数のシアノバクテリアを導入しました。その人口は、光合成が利用可能なリソースを活用するように促進するにつれて集団が成長し始めました。
研究者は、初期のシアノバクテリアの数と、光合成、風化、他の微生物の酸素消費などのさまざまな生化学プロセスの割合を変化させることで、モデルを複数回実行しました。
彼らは、シアノバクテリア濃度の重要なしきい値があることを発見し、それを超えて海洋が非酸素生産生物によって支配されてからシアノバクテリアに支配されるように迅速かつ不可逆的な移行を受けることがわかりました。
このしきい値での正確な人口密度は、状況によって異なる場合がありますが、チームは、生態系に含まれるすべての生物の構成要素である総有機炭素の約10分の1の総有機炭素に到達するために、シアノバクテリアの総バイオマスが必要とする必要があると計算します。
「わずかな量のシアノバクテリアだけが暴走酸素の増加を生成できる場合、それは地質学的記録におけるGOEの比較的急激な性質を説明するかもしれない」とUCLAの淡生物学者であるベンジャミン・ジョンソンは言う。
彼らのモデルはまた、大きな酸化イベントの最も原因となる要因を特定しました。それは、化学的風化の強度と特定の種類の鉄酸化細菌の濃度に最も敏感でした。
研究者は、次のステップは、ここで使用したシアノバクテリア集団の単純な指数関数的成長率以外のシナリオを調べ、炭素循環の他の成分のフィードバック効果を調査することだと言います。
