Изучена связь между горячими источниками и зарождением жизни на Земле

Недавние исследования термальных источников Японии раскрыло новую информацию о жизни на ранней Земле и возможных механизмах, которые могли способствовать образованию первых живых существ. Ученые пришли к выводу, что железо и кислород могли быть основными источниками энергии для первых микроорганизмов, обеспечивая экосистему до появления фотосинтеза.

Как передает Day.Az, об этом сообщает журнал Science Daily.

Исследование было проведено учеными Токийского института науки и Института науки о жизни Земли при Токийском университете. Оно предлагает новый взгляд на то, как древние экосистемы Земли могли работать до начала процесса окисления атмосферы. Порядка 2,3 млрд лет назад произошло великое оксигенационное событие, которое ознаменовало собой повышение содержания кислорода в атмосфере, вероятно, спровоцированное зелеными цианобактериями.

В результате современная атмосфера состоит примерно на 78% из азота и на 21% из кислорода. Отмечается, что данное событие фундаментально изменило ход жизни, однако понимание того, как древние микробы адаптировались к кислороду, остается вопросом.

Команда ученых изучила пять горячих источников в Японии, вода которых отличается разнообразным химическим составом. Они, как отмечается, богаты двухвалентным железом. Выяснилось, что большинство микроорганизмов, обитающих в этих условиях, использовали железо для получения энергии, окисляя его в фери-форму (Fe3+). Также в этих термальных источниках были найдены цианобактерии, производящие кислород, но их количество было значительно меньше.

"Эти богатые железом горячие источники представляют собой уникальную природную лабораторию для изучения микробного метаболизма в условиях, подобных земным, во время перехода от позднего архея к раннему протерозою, ознаменованного Великим окислительным событием. Они помогают нам понять, как могли быть структурированы примитивные микробные экосистемы до появления растений, животных и значительного количества атмосферного кислорода", - отметил руководивший Ли-Хау во время её диссертационной работы Шон МакГлинн.

Ученые также изучили древние отложения, в которых обнаружены минералы и органические вещества, что свидетельствует о существовании экосистемы, которая могла поддерживать жизнь на Земле до того, как начался процесс фотосинтеза. Это открытие является важным для дальнейшего изучения эволюции жизни на планете и дает новые данные для поиска жизни на других планетах.

Согласно публикации, в четырех из пяти источников команда обнаружили доминирующими микроорганизмами микроаэрофильные железоокисляющие бактерии. Они процветают в условиях низкого содержания кислорода и используют двухвалентное железо в качестве источника энергии, преобразуя его в трехвалентное.

Команда собрала более 200 высококачественных микробных геномов и использовала их для детального анализа функций микробов в сообществе. Те же микробы, которые связывали метаболизм железа и кислорода, преобразовывали токсичное соединение в источник энергии и способствовали поддержанию условий, благоприятных для выживания чувствительных к кислороду анаэробов. Они осуществляли важнейшие биологические процессы. Также ученые обнаружили свидетельства частичного цикла серы, идентифицировав гены, участвующие в окислении сульфида и ассимиляции сульфата. В горячих источниках содержалось очень мало соединений серы, поэтому это стало неожиданным открытием.

"Несмотря на различия в геохимии и микробном составе на разных участках, наши результаты показывают, что в присутствии двухвалентного железа и ограниченного количества кислорода сообщества микроаэрофильных окислителей железа, оксигенных фототрофов и анаэробов постоянно сосуществуют и поддерживают удивительно схожие и полные биогеохимические циклы", - отмечает Ли-Хау.

Исследование предполагает изменение понимания ранних экосистем и показывает, что микробы могли использовать энергию окисления железа и кислорода, вырабатываемого ранними фототрофами. Также предполагается, что ранние экомистемы Земли, подобно данным горячим источникам, состояли из разнообразных микробов, в том числе железоокисляющих бактерий, анаэробов и цианобактерий.

По словамЛи-Хау, данная работа расширяет понимание функционирования микробных экосистем в критический период истории Земли - переход от бескислородного океана, богатого железом, к насыщенной кислородом биосфере в начале Великой эры кислорода. Анализируя современные аналоговые среды, люди, как отмечается, получают детальное представление о метаболическом потенциале и составе сообществ, соответствующих условиям ранней Земли.

В совокупности эти выводы углубляют понимание ранней эволюции жизни на Земле и имеют значение для поиска жизни на других планетах с геохимическими условиями, аналогичными ранними условиями.