Цианобактерии считаются одними из древнейших форм жизни на Земли: обнаружены их свидетельства в виде строматолитов возрастом более 3,5 млрд лет.
Это фотосинтезирующие организмы, поэтому они имеют хлорофилл – пигмент, поглощающий свет в синей и красной областях спектра и отражающий в зеленой. Он придает листьям и стеблям зеленую окраску.
К тому же некоторые виды включают фикоэритробилин из группы фикобилинов – дополнительных водорастворимых пигментов. Он поглощает свет в зеленой и желтой областях спектра, длиной волны 495-570 нм. Было установлено, что этот пигмент имел общий предок цианобактерий.
Новое исследование Нагойского университета было посвящено выяснению роли дополнительных пигментов цианобактерий и связи их со средой обитания. В качестве методов ученые использовали моделирование, лабораторные эксперименты и натурные наблюдения.
Моделирование использовалось для воссоздания архейских условий мирового океана. Это касалось, прежде всего, концентрации гидроксида железа, которым, как предполагается, в то время были насыщены воды. Эти данные нужны для определения области спектра, необходимой фотосинтезирующим организмам.
По результатам установлено, что концентрация гидроксида железа в океане была относительно невысокой. Он поглощал свет в синей области спектра, а вода – в красной, как и сейчас. Зеленый свет, поглощаемый в настоящее время дополнительными водорастворимыми пигментами цианобактерий в виде фикобилинов, оставался и проникал в глубины.
Для подтверждения полученных выводов был проведен лабораторный эксперимент, состоявший в выращивании различных видов цианобактерий (с и без фикоэритробилина) под разным светом.
Оказалось, что в зеленом свете цианобактерии с фикоэритробилином росли многократно быстрее видов без него.
Затем исследователи изучили видовой состав цианобактерий у вулканического острова Ио архипелага Кадзан. Здесь вода насыщается горячими источниками железом на глубине 5,5 м, вследствие чего имеет зеленый оттенок.
Установлено, что у горячих источников преобладают цианобактерии с фикоэритробилином, а у поверхности – виды без него.
Таким образом, ученые сделали вывод, что древний океан имел зеленый оттенок за счет развития цианобактерий с дополнительными пигментами, повышающими их приспосабливаемость к насыщенной гидроксидом железа воде за счет поглощения света в спектрах, не доступных для хлорофилла. Такая обстановка длилась до конца протерозоя, когда гидроксид железа полностью окислился выделяемым фотосинтетиками кислородом, осадившись на дно. Тогда вода стала прозрачной и обрела синий оттенок. В настоящее время его усиливает Рэлеевское рассеяние, под которым понимают повышенное рассеивание синего цвета в атмосфере, окрашивающее небо в голубой, смешивающийся при виде из космоса с синим оттенком океанов. Однако цветущие водоемы и сегодня имеют зеленую окраску ввиду поглощения органикой синего спектра.
По мнению ученых, зеленый цвет является индикатором для анализа экзопланет, потенциально свидетельствующим о наличии организмов в океане.
