Великая кислородная катастрофа: были ли наши предки бессмертными, пока их не отравили растения?

Мы привыкли считать кислород синонимом жизни. Без него человек погибает за считанные минуты. Но Великая кислородная катастрофа, произошедшая около 2,4 млрд лет назад, показывает другую сторону этого газа: для огромного количества существовавших тогда организмов появление свободного кислорода стало смертельным изменением окружающей среды. Без него человек погибает за считанные минуты. Но что, если мы взглянем на эволюцию под другим углом? Что, если газ, который мы жадно вдыхаем каждую секунду, на самом деле  медленный яд, убивающий нас за 70–80 лет?

Научные данные о ранней Земле, клеточном старении и внутриутробном развитии скрывают парадоксальную картину: возможно, задолго до нас планету населяли почти бессмертные существа, дышавшие углекислым газом. А затем появились растения, запустившие самую масштабную химическую атаку в истории планеты.

Досье №1: Зеленый вирус и первое массовое вымирание

Около 2,4 миллиардов лет назад атмосфера Земли кардинально отличалась от современной. Она состояла из углекислого газа (CO2), метана, аммиака и водяного пара. Свободного кислорода не было вообще. И именно в этой среде зародилась и процветала жизнь — анаэробные организмы.

Но затем произошла мутация. Появились цианобактерии (синезеленые водоросли) – предки всех современных растений. Они изобрели фотосинтез, начали поглощать углекислый газ и выделять в качестве побочного продукта кислород.

Для коренных обитателей планеты кислород был невероятно токсичен. Он разрушал их ферменты и сжигал клетки. В науке это событие официально называется Кислородной катастрофой (Great Oxidation Event). Это было первое и самое масштабное массовое вымирание в истории Земли. Цианобактерии, подобно неконтролируемому вирусу, терраформировали планету под себя, буквально «выжигая» кислородом тех, для кого естественной средой был CO2.

Досье №2: Окислительный стресс. Цена, уплаченная за выживание

Как же выжили предки людей? Им пришлось пойти на симбиоз, поглотив бактерии, способные перерабатывать ядовитый кислород в энергию (сегодня мы называем их митохондриями). Мы научились дышать этим токсином. Но за эту адаптацию пришлось заплатить страшную цену –  смертность.

Здесь вступает в игру реальная наука о старении. В 1956 году геронтолог Денхам Харман выдвинул свободнорадикальную теорию старения, которая сегодня является одной из ведущих в биологии.

Кислород – сильнейший окислитель (именно он заставляет металл ржаветь, а яблоко темнеть). В процессе дыхания в наших клетках образуются активные формы кислорода – свободные радикалы. Они постоянно атакуют и повреждают нашу ДНК, белки и липиды. Этот процесс называется окислительным стрессом.

Именно кислород буквально сжигает нас изнутри на протяжении десятилетий, приводя к старению, морщинам, болезням и, в конечном итоге, к смерти. Если бы мы оставались в среде из стабильного CO2 и не нуждались в кислороде, наши клетки могли бы регенерировать без этих постоянных повреждений бесконечно долго.

Досье №3: Биологическая память о прошлом

Если вам кажется, что мы окончательно стали “кислородными” существами, посмотрите на то, как работает наше тело прямо сейчас. Оно все еще помнит свое углекислотное прошлое.

Эффект Бора: В 1904 году физиолог Христиан Бор открыл поразительный закон крови. Наш гемоглобин не отдает кислород клеткам тела, если в них нет достаточного уровня… углекислого газа. То есть без CO2 мы бы задохнулись даже при переизбытке кислорода. Углекислый газ остается главным ключом к нашему метаболизму.

Утробная гипоксия: В какой среде формируется человеческий эмбрион? В условиях жесткой гипоксии (нехватки кислорода). Уровень кислорода в тканях плода в несколько раз ниже, чем во взрослом организме. Природа буквально прячет развивающуюся жизнь от токсичного кислорода, пока плод не будет готов к “агрессивной” среде.

Итог расследования

Современное человечество – это потомки выживших. Когда “зеленый вирус” растений заполнил планету токсичным кислородом, у наших предков был выбор: погибнуть или адаптироваться.

Мы выбрали адаптацию. Мы научились использовать этот опасный окислитель как высокооктановое топливо, став быстрыми, теплокровными и активными. Но эта сделка оказалась роковой. Топливо, которое дает нам жизнь, одновременно запустило таймер обратного отсчета в наших клетках, лишив нас потенциального физиологического бессмертия.

Мы дышим ядом, к которому привыкли, и называем его воздухом.