Японские горячие источники раскрывают тайны зарождения жизни на Земле

Исследование японских горячих источников, богатых железом, позволило учёным заглянуть в прошлое и понять, как древние микробы выживали в условиях, похожих на те, что были на Земле миллиарды лет назад, до насыщения атмосферы кислородом.

Ранняя Земля имела уровень кислорода в миллион раз ниже современного. Для древних организмов кислород был токсичен. Чтобы изучить, как выглядела жизнь в ту эпоху, международная команда исследователей из Института науки Токио изучила пять железосодержащих горячих источников в Японии. Условия в них — низкое содержание кислорода, высокий уровень двухвалентного железа (Fe²⁺) и почти нейтральный pH — напоминают химический состав древних океанов в период Великого кислородного события, произошедшего около 2,3 миллиарда лет назад.

«Эти богатые железом горячие источники предоставляют уникальную природную лабораторию для изучения микробного метаболизма в условиях, похожих на раннюю Землю», — говорит Шон Макглинн, руководивший исследованием.

В четырёх из пяти источников доминирующими микробами оказались микроаэрофильные железоокисляющие бактерии. Они процветают в условиях с низким содержанием кислорода и используют двухвалентное железо в качестве источника энергии. Цианобактерии, производящие кислород посредством фотосинтеза, также присутствовали, но в меньшем количестве.

Метагеномный анализ позволил собрать более 200 высококачественных микробных геномов. Исследователи обнаружили, что микробные сообщества осуществляли ключевые биологические процессы, такие как циклы углерода и азота, а также, что стало неожиданностью, частичный цикл серы, несмотря на её низкое содержание в источниках.

«Несмотря на различия, наши результаты показывают, что в присутствии железа и ограниченного кислорода сообщества последовательно сосуществуют и поддерживают поразительно похожие и полные биогеохимические циклы», — отмечает Фатима Ли-Хау, ведущий автор исследования.

Это открытие меняет представление о ранних экосистемах, показывая, что микробы могли использовать энергию окисления железа и кислорода, производимого ранними фототрофами. Полученные данные не только углубляют понимание эволюции жизни на Земле, но и имеют значение для поиска жизни на других планетах с похожими геохимическими условиями.