Последние исследования термальных источников в Японии раскрыли новую информацию о жизни на древней Земле и о возможных механизмах, которые могли поддерживать появление первых живых организмов. Ученые установили, что железо и кислород, вероятно, выступали в роли основных энергетических ресурсов для ранних микробов, что поддерживало экосистему до распространения фотосинтеза. Об этом сообщили в журнале Science Daily.
Работа была выполнена исследователями из Токийского института науки совместно с Институтом наук о жизни Земли при Токийском университете. В ней представлен новый взгляд на функционирование древних земных экосистем до начала процесса окисления атмосферы. Около 2,3 миллиарда лет назад произошло событие, известное как Великое оксигенационное событие, когда в атмосфере резко возросло содержание кислорода, вероятно, благодаря деятельности зеленых цианобактерий.
Сегодня атмосфера Земли состоит приблизительно из 78% азота и 21% кислорода. Хотя это событие кардинально изменило ход развития жизни, исследователям до сих пор до конца не понятно, как именно древние микробы адаптировались к появлению кислорода.
Команда изучила пять горячих источников в Японии с разнообразным химическим составом воды, богатой двухвалентным железом. Было обнаружено, что большинство микроорганизмов в этих условиях использовали железо, окисляя его из двухвалентной формы в трехвалентную для получения энергии. Кроме того, в этих термальных источниках присутствовали цианобактерии, производящие кислород, однако их численность была значительно ниже.
«Эти железосодержащие горячие источники представляют собой уникальную природную лабораторию для изучения микробного метаболизма в условиях, аналогичных земным в период перехода от позднего архея к раннему протерозою, сопровождавшемуся Великим окислительным событием. Они позволяют понять структуру примитивных микробных экосистем до появления растений, животных и значительного уровня атмосферного кислорода», — отметил руководитель исследования Шон МакГлинн во время диссертации Ли-Хау.
Ученые также проанализировали древние отложения, содержащие минералы и органические вещества, что указывает на существование экосистемы, способной поддерживать жизнь на Земле до начала фотосинтеза. Это открытие имеет важное значение для дальнейшего понимания эволюции жизни и предоставляет новые данные для поиска жизни на других планетах.
Согласно публикации, в четырех из пяти исследованных источников преобладали микроаэрофильные железоокисляющие бактерии. Эти организмы адаптированы к низкому содержанию кислорода и используют двухвалентное железо в качестве источника энергии, окисляя его до трехвалентного состояния.
Исследователи собрали свыше 200 высококачественных микробных геномов и провели глубокий анализ функций микробов в сообществе. Микробы, объединяющие метаболизм железа и кислорода, преобразовывали токсичные соединения в энергетические ресурсы, создавая условия для выживания чувствительных к кислороду анаэробов. Они осуществляли ключевые биологические процессы. Помимо этого, были найдены признаки частичного цикла серы с генами, отвечающими за окисление сульфида и ассимиляцию сульфатов. Это открытие оказалось неожиданным, поскольку в горячих источниках содержание соединений серы было очень низким.
«Несмотря на различия в геохимии и микробном составе на разных участках, наши результаты демонстрируют, что при наличии двухвалентного железа и ограниченного кислорода сообщества микроаэрофильных железоокисляющих бактерий, оксигенных фототрофов и анаэробов стабильно сосуществуют, поддерживая схожие и полные биогеохимические циклы», — поясняет Ли-Хау.
Исследование способствует изменению представления о ранних экосистемах, показывая, что микробы могли получать энергию за счет окисления железа и кислорода, продуцированного ранними фототрофами. Ранние экосистемы Земли, подобно этим горячим источникам, вероятно, состояли из разнообразных микробов, включая железоокисляющих бактерий, анаэробов и цианобактерий.
По словам Ли-Хау, это исследование расширяет знания о работе микробных экосистем в критический этап истории Земли — переход от бескислородных океанов, богатых железом, к кислородсодержащей биосфере в начале Великой эры кислорода. Анализ современных аналогичных сред помогает лучше понять метаболический потенциал микробных сообществ и их состав в условиях ранней Земли.
В целом эти выводы углубляют понимание ранней эволюции жизни на нашей планете и важны для поиска жизни на иных планетах с похожими геохимическими условиями.
Ранее, 2 октября, физики из Корнельского университета высказали гипотезу, что Вселенная может прекратить существование в результате Большого сжатия. Хотя мнения о конечной судьбе человечества разнятся, некоторые данные о темной энергии свидетельствуют, что гибель Вселенной таким способом маловероятна. При подтверждении этой гипотезы максимальное расширение Вселенной произойдет приблизительно через 11 миллиардов лет.