Секрет первого дыхания Земли скрыт в сверхгорячей воде Йеллоустона: что обнаружили ученые

История Земли насчитывает более 4,5 миллиарда лет: ученым многое известно об этапах формирования планеты, однако то, как жизнь зародилась на Земле все еще остается загадкой. В новом исследовании ученые, похоже, раскрыли секрет первого дыхания Земли — в этом им помогли сверхгорячие воды Йеллоустона, пишет Science Alert.

Анализ был проведен командой из Университета штата Мотана, а результаты работы ученых показали, что микробная жизнь в Нижнем бассейне гейзеров Йеллоустона может содержать ключи к эволюции использования кислорода жизнью.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Обитатели источников Octopus и Conch Springs в бассейне живут в похожих на водоросли, студенистых "стримерных" структурах, которые яростно извиваются в перегретых потоках, где температура колеблется около 88 градусов по Цельсию. Эти микробы генетически схожи с древними бактериями и археями, а их существование является окном в первобытный бульон, из которого фактически возникла жизнь на планете.

По словам исследователей, несмотря на то, что эти микробные сообщества имеют много общих черт, среда источников отличается в нескольких фундаментальных отношениях. Например, Octopus Spring имеет гораздо более высокий уровень растворенного кислорода (около 20 микромоль), чем соседний Conch Spring, который при менее чем 1 микромоль растворенного кислорода практически не имеет его. Между тем, в первом гораздо больше высокотоксичного растворенного сульфида — более 120 микромоль, тогда как во втором — менее 2-3 микромоль.

Эти различия в химии фактически означают, что сравнение сообществ в каждом источнике может помочь понять, как жизнь выживала до и во время Великого окислительного события, затопившего почти бескислородную атмосферу Земли около 2,5 миллиарда лет назад.

Предполагается, что самые ранние микробы на планете разработали различные способы вплетать следы кислорода в свою биохимию, однако появление высокореактивного молекулярного кислорода потребовало бы эволюции совершенно новой тактики защиты.

Более того, в высоких концентрациях сульфиды могут блокировать дыхательный аппарат современных аэробных организмов, что еще больше ставит вопросы о том, как древняя жизнь в горячих источниках могла эволюционировать, чтобы бороться и использовать растущие уровни кислорода.

По словам ведущего автора исследования, геомикробиолога Билла Инскипа, изучающего теплолюбивых микробов Йеллоустона с 1999 года, местные горячие источники отличаются уровнями кислорода и сульфида, что дает прекрасную почву для поиска подсказок об этом жизненно важном переходе.

Авторы исследования отмечают, что подобный эксперимент было бы чрезвычайно сложно воспроизвести в лаборатории, а потому источники Йеллоустона значительно облегчают задачу ученых. Фактически, у ученых есть уникальная возможность проводить свои наблюдения в точных геохимических условиях, которые нужны этим организмам для процветания.

Анализируя гены образцов микробов и их продукты, команда смогла сравнить микробное разнообразие и дыхательную активность в двух источниках. Результаты работы ученых указывают на то, что газообмен необходим для оптимального роста, на который также влияет быстрое колебание крупных нитевидных структур, создающих турбулентность и, вероятно, увеличивающих скорость газообмена с атмосферой.

В среде с более высоким содержанием кислорода в Octopus Spring было большее разнообразие голодных до кислорода микробов, которые должны были питаться другими организмами, чтобы выжить. Более того, ученые обнаружили, что жизнь в этом источнике в целом была разнообразнее, и почти все микроорганизмы здесь имели активные гены для кислородного дыхания. Но даже в сульфидном, удушающем Conch Spring, в котором было гораздо меньше микробного разнообразия в его "очень сопливых" ручьях, потенциал использования кислорода, по-видимому, скрыт.

По словам Инскипа, результаты их с коллегами работы указывают на то, что генетически древние, теплолюбивые микробы дышат при уровнях кислорода, которые обычно считаются слишком низкими для поддержания такой задачи в условиях, считающихся сегодня токсичными. Если они способны на это, ученые полагают, что это было верно и для форм жизни, возникших до Великого окислительного события.