Горячие источники раскрыли тайну происхождения жизни на Земле
Около 2,3 миллиарда лет назад произошло Великое окисление — драматический момент в истории Земли, когда в атмосфере впервые появился свободный кислород. До этого уровень кислорода был примерно в миллион раз ниже современного, не было ни лесов, ни животных, а для древних организмов кислород был токсичен. Появление кислорода связывают с деятельностью цианобактерий, которые научились использовать солнечный свет для расщепления воды и превращения углекислого газа в кислород через фотосинтез.
Чтобы понять, как выглядела жизнь на Земле более 2 миллиардов лет назад, международная группа ученых под руководством специалистов из Института науки Токио изучила горячие источники, богатые железом.
«Горячие источники представляют собой уникальную природную лабораторию для изучения микробного метаболизма в условиях, похожих на раннюю Землю», — объясняет руководитель работы Шон Макглинн. «Они помогают нам понять, как могли быть устроены примитивные микробные экосистемы до появления растений, животных или значительного количества атмосферного кислорода».
Команда исследовала пять горячих источников в Японии — один в Токио и по два в префектурах Акита и Аомори. Эти источники богаты двухвалентным железом (Fe2+), что редко встречается в современном, богатом кислородом мире, поскольку такое железо быстро окисляется. Условия в этих источниках — высокое содержание двухвалентного железа, низкий уровень кислорода и почти нейтральный pH — напоминают условия древних океанов Земли.
В четырех из пяти источников доминировали микроаэрофильные железоокисляющие бактерии — организмы, которые процветают в условиях низкого содержания кислорода и активно используют двухвалентное железо в качестве источника энергии. Вырабатывающие кислород цианобактерии в изученных источниках тоже присутствовали, но в относительно небольших количествах.
Используя метагеномный анализ, ученые собрали более 200 высококачественных микробных геномов. Анализ показал, что микробы, одновременно используя железный и кислородный метаболизм, превращали кислород в источник энергии и помогали поддерживать условия, позволяющие выживать чувствительным к нему анаэробам.
Неожиданным открытием стало обнаружение у изученных бактерий признаков серного цикла, хотя в горячих источниках содержалось очень мало серных соединений. Ученые предполагают, что это может быть свидетельством скрытых процессов переработки серы сложными способами, которые еще не полностью изучены.
Вывод микробиолог прост и одновременно впечатляет: появление кислорода не уничтожило древние микробы, а заставило их перестроить свои энергетические стратегии. Так жизнь на нашей планете не просто пережила Великое окисление, но превратила его в возможность. Понимание этих процессов не только раскрывает тайны биосферы прошлого, но и помогает искать следы жизни на других планетах, где условия окружающей среды могут напоминать земные, только четырехмиллиардолетней давности.
Ранее ученые отказались от поисков жизни в атмосфере Венеры, и вот почему.
