Velká kyslíková katastrofa
Přítomnost kyslíku na Zemi považujeme za samozřejmost. Kyslík však v zemské atmosféře chyběl téměř polovinu života naší planety. Když Země před přibližně 4,5 miliardami let vznikala, měla výrazně odlišné podmínky než na které jsme zvyklí dnes. V té době měla Země redukční atmosféru, která se skládala z oxidu uhličitého, metanu a vodní páry, na rozdíl od dnešní atmosféry, která se skládá především z dusíku a kyslíku. Přestože sluneční světlo štěpilo vodní páru v atmosféře na kyslík a vodík, kyslík rychle reagoval s metanem a uzavřel se v zemské kůře, takže v atmosféře nezanechal téměř žádné stopy. Tohle vše se změnilo s nástupem jednoho z nejdůležitějších organismů na naší planetě: Sinice.
Vzhledem k tomu, že před 2,7 miliardami let, kdy se vyvinuly sinice, byl život zcela anaerobní, předpokládá se, že kyslík působil jako jed a vyhubil velkou část anaerobního života, čímž došlo k vymírání. Pro vědce se ukázalo jako obtížný úkol odhadnout konkrétní linie, které zanikly, vzhledem k nedostatku konkrétních fosilních důkazů mikroorganismů. Přeci se ale vytvořily podmínky, které byly zralé pro další velký krok v evoluci: aerobní metabolismus.
Definice problému
Velká kyslíková katastrofa (Great Oxygenation event; GOE) je období, kdy v zemské atmosféře a mělkém oceánu poprvé došlo k nárůstu množství kyslíku. Tento proces začal přibližně před 2,460-2,426 miliardami let a skončil přibližně před 2,060 miliardami let. Před tímto obdobím se odhaduje, že množství kyslíku v atmosféře se pohyboval okolo 0,0001 %. Geologické a chemické důkazy naznačují, že se v zemské atmosféře začal hromadit biologicky produkovaný molekulární kyslík a změnil ji ze slabě redukční atmosféry prakticky bez kyslíku na atmosféru oxidační, která obsahovala hojné množství kyslíku, přičemž na konci GOE dosahoval obsah kyslíku až 10 % současného obsahu v atmosféře.
Zatímco se obecně předpokládá, že GOE byla důsledkem oxygenní fotosyntézy předků sinic, přítomnost sinic v období Archea před GOE je velmi kontroverzní téma. Předpokládá se, že sinice se vyvinuli před cca. 2,8 miliardami let.
Je dokonce možné, že navýšení kyslíku v atmosféře mohlo vést k době ledové, která byla smrtelnou i pro sinice.
Metoda
Pro modelování GOE, jsem vybral prostředí NetLogo, ve kterém se mohla sledovat závislost anaerobních organismů na množství kyslíku v atmosféře.
Model
Agenti
- Sinice
Sinice jako agenti měli několik funkcí
- Reprodukce
- Pohyb
- Zisk energie jak z živin tak i z fotosyntézy
- Smrt z nedostatku energie nebo změny klimatu
- Produkce kyslíku
- Anaerobní organismy
Anaerobní organismy měli tyto funkce
- Reprodukce
- Pohyb
- Zisk energie z živin
- Smrt z nedostatku energie, intolerance na kyslík nebo změny klimatu
- Změna tvaru v případě dostatečného množství kyslíku v atmosféře
Prostředí
- Základní nastavení
Pro simulaci prostoru na Zemi před velkou kyslíkovou katastrofou, bylo důležité začít s větším množstvím anaerobních organismů a menšího množství sinic. To se dalo modulovat pomocí slideru, které je vidět v nadcházejícím obrázku.
Živiny byly náhodně rozprostřeny po prostoru, kde zelený patch zobrazoval živiny a
