Секрет першого дихання Землі прихований у надгарячій воді Єлловстоуну: що виявили вчені

Історія Землі налічує понад 4,5 мільярда років: вченим багато що відомо про етапи формування планети, проте те, як життя зародилося на Землі, все ще залишається загадкою. У новому дослідженні вчені, схоже, розкрили секрет першого дихання Землі — у цьому їм допомогли надгарячі води Єлловстоуна, пише Science Alert.

Аналіз було проведено командою з Університету штату Мотана, а результати роботи вчених засвідчили, що мікробне життя в Нижньому басейні гейзерів Єлловстоуна може містити ключі до еволюції використання кисню життям.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Мешканці джерел Octopus і Conch Springs у басейні живуть у схожих на водорості, драглистих "стримерних" структурах, які люто звиваються в перегрітих потоках, де температура коливається близько 88 градусів за Цельсієм. Ці мікроби генетично схожі зі стародавніми бактеріями та археями, а їхнє існування є вікном у первісний бульйон, з якого фактично виникло життя на планеті.

За словами дослідників, попри те, що ці мікробні спільноти мають багато спільних рис, середовище джерел відрізняється в кількох фундаментальних відносинах. Наприклад, Octopus Spring має набагато вищий рівень розчиненого кисню (близько 20 мікромолів), ніж сусідній Conch Spring, який за менш ніж 1 мікромоль розчиненого кисню практично не має його. Тим часом у першому набагато більше високотоксичного розчиненого сульфіду — понад 120 мікромолів, тоді як у другому — менш як 2-3 мікромоль.

Ці відмінності в хімії фактично означають, що порівняння угруповань у кожному джерелі може допомогти зрозуміти, як життя виживало до і під час Великої окислювальної події, яка затопила майже безкисневу атмосферу Землі близько 2,5 мільярда років тому.

Передбачається, що найбільш ранні мікроби на планеті розробили різні способи вплітати сліди кисню у свою біохімію, однак поява високореактивного молекулярного кисню вимагала б еволюції абсолютно нової тактики захисту.

Ба більше, у високих концентраціях сульфіди можуть блокувати дихальний апарат сучасних аеробних організмів, що ще більше ставить питання про те, як стародавнє життя в гарячих джерелах могло еволюціонувати, щоб боротися і використовувати рівні кисню, що зростали.

За словами провідного автора дослідження, геомікробіолога Білла Інскіпа, який вивчає теплолюбних мікробів Єлловстоуна з 1999 року, місцеві гарячі джерела відрізняються рівнями кисню й сульфіду, що дає прекрасний ґрунт для пошуку підказок про цей життєво важливий перехід.

Автори дослідження зазначають, що подібний експеримент було б надзвичайно складно відтворити в лабораторії, а тому джерела Єлловстоуна значно полегшують завдання вчених. Фактично, у вчених є унікальна можливість проводити свої спостереження в точних геохімічних умовах, які потрібні цим організмам для процвітання.

Аналізуючи гени зразків мікробів та їхні продукти, команда змогла порівняти мікробну різноманітність і дихальну активність у двох джерелах. Результати роботи вчених вказують на те, що газообмін необхідний для оптимального росту, на який також впливає швидке коливання великих ниткоподібних структур, що створюють турбулентність і, ймовірно, збільшують швидкість газообміну з атмосферою.

У середовищі з вищим вмістом кисню в Octopus Spring було більше розмаїття голодних до кисню мікробів, які повинні були харчуватися іншими організмами, щоб вижити. Ба більше, вчені виявили, що життя в цьому джерелі загалом було різноманітнішим, і майже всі мікроорганізми тут мали активні гени для кисневого дихання. Але навіть у сульфідному, задушливому Conch Spring, в якому було набагато менше мікробного розмаїття в його "дуже сопливих" струмках, потенціал використання кисню, мабуть, прихований.

За словами Інскіпа, результати їхньої з колегами роботи вказують на те, що генетично стародавні, теплолюбні мікроби дихають за рівнів кисню, які зазвичай вважаються надто низькими для підтримання такої задачі в умовах, які сьогодні вважаються токсичними. Якщо вони здатні на це, вчені вважають, що це було справедливо і для форм життя, що виникли до Великої окислювальної події.

Раніше Фокус писав про те, що життя на планеті на початку свого шляху було різноманітнішим, ніж вважалося.