Японские горячие источники помогли понять, как выглядела жизнь на древней Земле

Панорамное изображение горячего источника от истока до океана. Автор: Фатима Ли-Хау, ELSI

Учёные из Токийского научного института изучили железосодержащие горячие источники в Японии, условия в которых напоминают химический состав древних океанов Земли. Это позволило получить представление о том, как выглядела микробная жизнь до насыщения атмосферы кислородом.

Исследование, проведённое под руководством Фатимы Ли-Хау и её научного руководителя Шона Макглинна, было опубликовано в журнале Microbes and Environments. Учёные сосредоточились на периоде Великого кислородного события (GOE), произошедшего около 2,3 миллиарда лет назад, когда цианобактерии начали производить кислород в больших количествах.

Команда исследовала пять источников в Японии (в Токио, Аките и Аомори), богатых двухвалентным железом (Fe²⁺). В современном мире, насыщенном кислородом, такие условия редки, так как железо быстро окисляется. Однако в этих источниках сохранились низкий уровень кислорода и почти нейтральный pH, что делает их аналогами древних океанов.

Крупный план осадка и камней одного из горячих источников во время отлива, показывающий осаждение оксидов железа. Автор: Фатима Ли-Хау, ELSI

Панорамное изображение одного из пяти горячих источников зимой, показывающее воду истока и пузырьки CO₂. Автор: Фатима Ли-Хау, ELSI

«Эти богатые железом горячие источники предоставляют уникальную естественную лабораторию для изучения метаболизма микробов в условиях, похожих на те, что были на ранней Земле», — говорит Шон Макглинн.

В четырёх из пяти источников доминирующими микробами оказались микроаэрофильные железоокисляющие бактерии. Эти организмы процветают в условиях низкого содержания кислорода и используют двухвалентное железо в качестве источника энергии. Цианобактерии, производящие кислород, также присутствовали, но в меньшем количестве.

Метагеномный анализ позволил собрать более 200 высококачественных геномов. Исследователи обнаружили, что микробные сообщества осуществляли ключевые процессы, такие как циклы углерода и азота, а также обнаружили свидетельства «скрытого» цикла серы.

Фатима Ли-Хау готовится к отбору проб воды и осадка из горячего источника во время отлива. Автор: Нацуми Нода, ELSI

Вид на Японское море с одного из пяти горячих источников, где Шон Э. Макглинн проводит отбор проб. Виден оранжевый поток окисленной воды источника, впадающий в море. Автор: Фатима Ли-Хау, ELSI

Результаты показывают, что древние экосистемы, вероятно, состояли из разнообразных микробов, которые совместно существовали и регулировали концентрацию кислорода. Это исследование углубляет понимание ранней эволюции жизни на Земле и имеет значение для поиска жизни на других планетах со схожими геохимическими условиями.