Слово доктору биологических наук Борису Николаевичу ИВАНОВУ, главному научному сотруднику Института фундаментальных проблем биологии РАН. Беседу ведёт Наталия Лескова.
…Дело в том, что может быть разный взгляд на фотосинтез. Для агрономов процесс фотосинтеза важен, потому что им важен урожай, а значит, нужно обеспечить лучшие условия для фотосинтеза растений с помощью снабжения их водой, удобрениями, а также путём агротехнических приёмов, например улучшения структуры посевов. Поскольку кислород, которым мы дышим, это продукт фотосинтеза, его образование в этом процессе активно изучается, но уже в рамках исследований механизма фотосинтеза.
Кроме того, что растения служат источником кислорода, ещё они обеспечивают нас пищей. Когда я студентам читаю лекции, задаю вопрос: вот маленькое зёрнышко, из которого потом вырастает большое дерево. За счёт чего? За счёт фотосинтеза. То есть фотосинтез — это процесс, который создаёт биомассу, и она становится пищей для животных и человека. Фотосинтез — многостадийный процесс запасания энергии света в энергию органических соединений, состоящий из многих этапов. Механизмы этих этапов изучают биологи, химики, физики — тут большой простор для исследований и исследователей.
— Борис Николаевич, можно ли сказать, что жизнь во всём её разнообразии возникла именно благодаря фотосинтезу?
— Как мы знаем, кислород на нашей планете начал появляться миллиарды лет назад, когда микроорганизмы, которые сейчас называются цианобактериями, освоили разложение воды. Сначала среда вблизи поверхности Земли была восстановительной, с минимальным содержанием молекулярного кислорода. Кислород возникал в очень низких количествах из локализованных абиотических источников, например, вследствие фотолиза воды ультрафиолетом или при разрядах молний. Фотосинтез как источник электронов, необходимых для важнейших биосинтетических реакций, развился в зелёных и пурпурных серных бактериях. Эти бактерии, в отсутствие органических соединений, способных быть окисленными, использовали неорганические доноры электронов, например, серу или сероводород и даже металлы. В ходе эволюции организмы осваивали новые источники электронов и, наконец, научились окислять воду. Кислород — это побочный продукт, который образуется в определённых молекулярных структурах фотосинтезирующих организмов, когда из воды извлекается электрон.
— Значит, для процесса фотосинтеза кислород — это некий мусорный продукт?
— Получается, что так. Оксигенный фотосинтез, то есть процесс, сопровождаемый выделением кислорода, возник около 2,7 миллиарда лет назад. Количество кислорода стало постепенно увеличиваться по сравнению с тем, который образовывался абиогенным путём. Увеличение содержания кислорода до современных значений произошло в промежутке 1—0,5 миллиарда лет назад, и современный уровень содержания кислорода в атмосфере — примерно 20% по объёму — создан именно оксигенными фотосинтезирующими организмами. Изменение состава атмосферы, которое началось 2,5 миллиарда лет назад, называют Великой экологической революцией или Великой кислородной революцией, хотя часто встречается название Великая кислородная катастрофа.
— Почему же это катастрофа?
— Потому что была уничтожена большая часть древних анаэробных организмов, которые прекрасно себя чувствовали в бескислородной среде. Но это были простейшие одноклеточные организмы. Ничего другого там вырасти не могло. Эти организмы погибали, потому что кислород, вообще говоря, яд, и молекула O2, будучи высокореактивной окисляющей молекулой, могла быть токсична для жизни, развившейся в восстановительной среде. Но не только потому, что кислород сам способен окислять живые молекулы, но и потому, что с его появлением в организмах стали возникать активные формы кислорода, способные делать это ещё лучше, и защита от них с помощью специальных механизмов позволила жизни продолжать развиваться в окислительной среде...
