Расширение понимания ранней жизни на Земле может повлиять на поиски жизни на других планетах

Скалы вдоль береговой линии озера Салда в Турции со временем образовались микробами, которые улавливают минералы в воде. Эти микробиалиты когда-то были основной формой жизни на Земле. Автор: NASA/JPL-Caltech

Несмотря на десятилетия исследований, учёные всё ещё многого не понимают в вопросах возникновения жизни и ранней эволюции. Статья Калифорнийского университета в Риверсайде открыла дверь к большему пониманию и разработке будущих исследований, которые могли бы помочь предсказать изменение климата и поиск жизни за пределами Земли.

«Эта статья направлена на то, чтобы проинформировать сообщество наук о Земле о том, куда следует двигаться дальше в исследованиях», — сказал Кристофер Тино, доктор философии UCR. кандидат на время исследования и первый автор.

Многие исследования изучали признаки ранней жизни, сохранившиеся в древних камнях, но эта статья, опубликованная в журнале Nature Reviews Microbiology, объединяет эти данные с геномными исследованиями современных организмов и недавними открытиями в области развивающейся химии ранних океанов, атмосферы и континенты.

В статье показано, как самые ранние формы жизни на Земле — такие микробы, как бактерии, производящие O ₂, и археи, производящие метан, — формировались и формировались под влиянием изменений в океанах, континентах и атмосфере.

«Главный посыл во всем этом заключается в том, что вы не можете рассматривать какую-либо часть записей изолированно», — сказал Тимоти Лайонс, заслуженный профессор биогеохимии UCR и соавтор. «Это один из первых случаев, когда исследования в этих областях были объединены настолько всесторонне, чтобы раскрыть всеобъемлющую картину».

В статье, объединяющей экспертов в области биологии, геологии, геохимии и геномики, подробно описывается путь ранних форм жизни Земли от их первого появления до их подъема к экологическому выдающемуся положению. По мере того как их численность увеличивалась, микробы начали влиять на окружающий мир, например, начав производить кислород посредством фотосинтеза.

По словам Тино, который сейчас является научным сотрудником Университета Калгари, результаты в каждой области часто «поразительно согласуются».

В частности, исследование отслеживает, как микробная жизнь потребляла, трансформировала и распространяла по Земле ключевые питательные вещества, содержащие азот, железо, марганец, серу и метан. Эти биологические пути развивались по мере того, как поверхность Земли резко менялась вместе с появлением новой жизни, а иногда и из-за нее. Появились континенты, солнце стало ярче, а мир стал богат кислородом.

Поскольку эволюция новых биологических путей повлияла на эти циклы элементов, их траектории говорят нам, когда появились ранние формы жизни, как они повлияли на окружающую среду и отреагировали на нее, и когда они оставили экологический след глобального масштаба.

Камням возрастом в миллиарды лет часто не хватает видимых окаменелостей, необходимых для того, чтобы рассказать всю историю, но это исследование включило химию этих камней и геномы ныне живущих родственников, чтобы сформировать комплексное представление о древней жизни.

«По сути, мы описываем первые заигрывания Земли с микробами, способными изменить глобальную окружающую среду», — сказал Лайонс, который также является директором Центра астробиологии альтернативных земель при Департаменте наук о Земле и планетах. «Вам необходимо понять всю картину, чтобы полностью понять, кто, что, когда и где, поскольку микробы перешли от простого существования к оказанию значительного воздействия на окружающую среду».

Многие учёные предполагали, что как только на Земле появилась форма жизни, она быстро стала плодовитой. Только объединив десятилетия исследований разных дисциплин, как это сделали Лайонс, Тино и их коллеги в этой статье, ученые смогут увидеть разницу между простым присутствием и доминированием определенных микробов. Часто путь от существования к известности занимал сотни миллионов лет.

«Микробы, которые сначала влачили существование в узких нишах, позже стали большими детьми в квартале», — сказал Лайонс.

Все это сводится к основному вопросу, который не дает спать по ночам команде UCR: откуда мы пришли?

Исследование также может помочь в поиске жизни на других планетах. «Если мы когда-нибудь найдем доказательства существования жизни за пределами Земли, они, скорее всего, будут основаны на процессах и продуктах микроорганизмов, таких как метан и O ₂», — сказал Тино.

«Нас мотивирует служить НАСА в его миссии», — отметил Лайонс, — «особенно чтобы помочь понять, как на экзопланетах может поддерживаться жизнь».

Больше информации: Timothy W. Lyons et al, Co‐evolution of early Earth environments and microbial life, Nature Reviews Microbiology (2024). DOI: 10.1038/s41579-024-01044-y

Источник: University of California - Riverside