Atrado gyvą laboratoriją. Gyvybės forma, kaip prieš 2,3 mlrd. metų

Gamta, kurią pažįstame šiandien, kadaise atrodė visiškai kitaip. Tuo metu vyraujančios sąlygos lėmė, kad dauguma organizmų neturėjo šansų išgyventi. Būtent toks scenarijus įvyko Žemėje prieš 2,3 milijardo metų, kai mūsų planeta išgyveno vieną didžiausių krizės periodų savo istorijoje. Atsakymas į klausimą, kaip gyvybė išgyveno šią katastrofą, gali slypėti visiškai netikėtoje vietoje – Japonijos karštosiose versmėse. Būtent ten mokslininkai atrado „gyvą laboratoriją“, kuri atkartoja sąlygas, vyravusias Žemėje tuo lemiamu laikotarpiu.

Natūrali laboratorija Japonijoje

Tyrėjai ištyrė penkias geležimi turtingas karštąsias versmes, esančias Tokijuje bei Akitos ir Aomori prefektūrose. Šiose vietose vyraujančios sąlygos primena vandenyno aplinką, egzistavusią Didžiojo deguonies išsiskyrimo laikotarpiu. Jos pasižymi aukštu geležies kiekiu, mažu deguonies lygiu ir beveik neutraliu pH.

„Šios geležimi turtingos karštosios versmės yra unikali natūrali laboratorija, leidžianti tirti mikrobiologinį metabolizmą sąlygose, primenančiose ankstyvąją Žemę pereinant nuo vėlyvojo archėjo iki ankstyvojo proterozojaus,“ – paaiškina Shawn McGlynn, tyrimo bendraautoris.

Keturiuose iš penkių tirtų šaltinių dominavo mikroaerofilinės geležį oksiduojančios bakterijos, priklausančios Zetaproteobacteria ir Gammaproteobacteria klasėms. Šie mikroorganizmai puikiai prisitaikė prie aplinkos su mažai deguonies, naudodami geležį kaip pagrindinį energijos šaltinį. Labiausiai stebino tai, kaip senoviniai mikroorganizmai susitvarkė su toksišku deguonimi: vietoj to, kad jo vengtų, jie išmoko jį panaudoti. Ankstyvosios mikrobiologinės bendruomenės pavertė mirtiną fotosintezės šalutinį produktą naudinga energijos medžiaga.

„Jų atradimai rodo, kad ankstyvosios mikrobiologinės bendruomenės naudojo geležį kartu su deguonimi, išskiriamu fotosintetinančių mikroorganizmų, energijos gavimui, atskleisdamos pereinamąją ekosistemą, kurioje gyvybė pavertė vieno organizmo atlieką nauju energijos šaltiniu,“ – paaiškina tyrėjų komanda.

Vienoje iš Akitos versmių mokslininkai atrado kitokią strategiją. Ten dominavo Hydrogenophilaceae grupės bakterijos, naudojančios vandenilį kaip energijos šaltinį vietoje geležies. Tai rodo, kokie įvairūs buvo gyvybės prisitaikymo mechanizmai tuo laikotarpiu.

Sudėtingi biocheminiai procesai ir ateities įžvalgos

Nepaisant iš pirmo žvilgsnio paprastų sąlygų, karštųjų versmių ekosistemos palaiko itin sudėtingus biocheminius procesus. Skirtingų mikroorganizmų – nuo geležį oksiduojančių bakterijų, per fotosintetinius aerobinius mikrobus iki anaerobų – sąveika sukuria pilnus anglies, azoto ir sieros ciklus. Mokslininkai taip pat aptiko įrodymų apie slaptą sieros ciklą, kuriame mikroorganizmai apdoroja šį elementą sudėtingai, nepaisant jo mažos koncentracijos versmėse.

Tyrimų rezultatai, paskelbti žurnale „Microbes and Environments“, yra svarbūs ne tik Žemės istorijos supratimui. Japonijos versmėse atrasti prisitaikymo mechanizmai gali padėti ieškant gyvybės kitose planetose.

„Tai padeda suprasti, kaip primityvios mikrobiologinės ekosistemos galėjo būti struktūruotos prieš atsirandant augalams, gyvūnams ar reikšmingam atmosferos deguoniui“, – apibendrina McGlynn.

Astrobiologija šių tyrimų dėka įgyja naujų priemonių identifikuoti potencialias gyvybės buveines egzoplanetose. Planetos su panašiomis geocheminėmis sąlygomis – aukštu geležies kiekiu ir mažu deguonies lygiu – gali būti palankesnės gyvybei nei manyta anksčiau. Japonijos karštųjų versmių tyrimai parodo, kad gyvybė ne tik gali išgyventi drastiškus aplinkos pokyčius, bet ir juos panaudoti savo naudai. Naujausios išvados suteikia geresnį supratimą, kur dar Visatoje galime ieškoti gyvų organizmų pėdsakų.