Жизнь без кислорода. Ученые нашли подсказку к происхождению первых организмов на Земле
Исследование глубоководных соленых озер на дне Красного моря показало, что экстремофильные бактерии могли производить энергию без кислорода. Они оставили металлические следы, объясняющие происхождение древнейшей жизни.
Происхождение древнейшей жизни на нашей планете — в эпоху, когда в атмосфере еще не было кислорода и фотосинтеза — до сих пор остается одной из самых больших загадок современной науки. Неожиданные подсказки к разгадке этого феномена могут укрываться в глубинах Красного моря, где на дне расположены уникальные соленые водоемы. Эти подводные бассейны отличаются полным отсутствием кислорода, высокой концентрацией соли и еще они погружены во тьму. В течение длительного времени считалось, что подобные места абсолютно мертвы и непригодны для существования любых живых организмов.
Однако новые научные исследования показали, что для некоторых специализированных экстремофилов эти агрессивные среды служат настоящими оазисами. Бактерии и археи, процветающие в таких условиях, оставляют после себя уникальные геохимические следы, хранящиеся в осадочных породах даже спустя миллионы лет после исчезновения самих организмов. Недавняя научная работа, опубликованная в издании AGU Advances под руководством Моргана Чакраборти, подробно описывает результаты анализа микробиом и донных отложений в нескольких таких зонах.
В ходе экспедиции исследователи проанализировали образцы из активного соленого бассейна, нескольких обычных участков морского дна, а также из заброшенной, «потухшей» структуры, окруженной минеральными кольцами и мертвыми остатками морских организмов. Активный водоем, расположенный на глубине около 1770 метров ниже уровня поверхности Красного моря, оказался буквально кишащим живыми микроорганизмами. С помощью современных методов метагеномики и метатранскриптомики ученые выяснили, что осадочные породы под микробиологическим слоем чрезвычайно обогащены тяжелыми металлами, в частности марганцем, железом, молибденом и медью. В некоторых зонах их концентрация превышала показатели обычного морского дна в сто раз.
Подобные закономерности накопления металлов обнаружили и в древнем бассейне на глубине около 1400 метров. Присутствие окисленного марганца и обогащенной молибденом органики в донных отложениях дает ученым ключ к пониманию глобальных геологических процессов прошлого. В частности, метагеномный анализ активного бассейна выявил наличие специфических бактерий, окисляющих марганец, таких как Nitrospira. Это открытие подтверждает теорию о том, что микробное окисление двухвалентного марганца до оксидов могло быть основным альтернативным механизмом генерации энергии задолго до Великой окислительной эпохи, которое произошло примерно 2,4−2,2 миллиарда лет назад.
Полученные результаты существенно подкрепляют гипотезу о том, что обогащение древних океанов металлами происходило вне зависимости от кислородного фотосинтеза. Хемотрофное окисление железа и марганца вполне могло выступать движущей силой, обеспечившей энергией зарождение первых живых организмов на Земле. Хотя авторы отмечают необходимость дальнейших масштабных исследований, собранные данные открывают новый взгляд на эволюцию биосферы в первобытной экстремальной среде нашей планеты.