Эти формы жизни должны были исчезнуть 2,3 миллиарда лет назад. Но, оказывается, они все еще существуют в Японии

Глубоко в недрах Японских островов, в водах, нагретых подземным жаром, до сих пор открыты окна в прошлое. Причем в настолько древнее, что его практически невозможно представить. Можно сказать, что тогда была не Земля, а вообще другая планета, чужая и неприветливая для всего, что мы сегодня знаем. Тогдашний воздух был чистым ядом, а океаны — полны растворенного железа.


Но затем случился Катаклизм (он достоин писаться с большой буквы), который ученые впоследствии назвали Великим кислородным событием. Произошедшее навсегда изменило лицо Земли, уничтожив одни формы жизни и открыв путь другим.

Но как выяснилось, не все организмы той эпохи канули в Лету. Некоторые нашли убежище и дожили до наших дней, став живыми ископаемыми, чьи секреты только начинают раскрывать ученые.

Исходный мир в горячих источниках

Около 2,3 миллиарда лет назад Земля пережила величайший экологический кризис в своей истории. Уровень кислорода, который до этого был в миллион раз ниже современного, резко поднялся. Для большинства существ, приспособленных к бескислородной, восстановительной» атмосфере, это была катастрофа. Кислород был ядом. Но именно этот переход в итоге позволил развиться сложной жизни — растениям и животным. Однако как выжили те, кто не мог мгновенно перестроить свою биохимию?



Ответ на этот вопрос международная группа исследователей искала в пяти богатых железом горячих источниках Японии. Эти богатые железом горячие источники представляют собой уникальную природную лабораторию. В ней можно изучать метаболизм микроорганизмов в условиях, максимально близких к тем, что были на ранней Земле в период перехода от позднего архея к раннему протерозою. То есть именно тогда, когда и случилось Великое окисление.


— объясняет Шон МакГлинн, автор исследования.

Ключевая особенность этих источников — обилие двухвалентного железа. Последнее, в свою очередь, в такой форме встречает на Земле крайне редко, так как кислород быстро окисляет его. Здесь же, в условиях низкого уровня кислорода и почти нейтральной кислотности (уровня pH), воссоздана среда, в которой когда-то кипела жизнь. Исследователи из Института наук о Земле и жизни и Токийского института науки предположили, что именно такие «железные» экосистемы стали убежищем для микробов, переживших глобальный химический сдвиг.

Железные легенды древней Земли

Что же обнаружили ученые, заглянув в эти «затерянные миры»? Оказалось, что в четырех из пяти изученных источников безраздельно властвуют уникальные организмы — железоокисляющие бактерии. Эти микробы — настоящие тяжелоатлеты микромира. Там, где другие задыхаются, они процветают, используя двухвалентное железо в качестве своего основного источника энергии в условиях мизерного содержания кислорода.



Их стратегия выживания — это древний путь получения энергии, который был широко распространен до того, как фотосинтез наполнил атмосферу кислородом. Пока цианобактерии, те самые «инноваторы», которые начали производить кислород, присутствуют здесь в небольших количествах, железные «старожилы» показывают, кто был настоящим хозяином планеты в ту далекую эпоху.

Однако один из пяти источников преподнес сюрприз. В нем доминировали организмы, которые не используют железо для получения энергии. Эта аномалия лишь подчеркивает, насколько разнообразными и сложными могли быть древние экосистемы, и что наша планета всегда находила множество путей для развития жизни.

Чтобы нарисовать полную картину древнейшей жизни, ученые провели масштабный генетический анализ, исследовав функции более 200 высококачественных микробных геномов из этих сообществ. Результаты оказались более чем поразительными.

Фатима Ли-Хау, соавтор научной работы, заметила, что их команда изучала разные места, где условия отличались и по химии, и по составу микробов. Было обнаружено, что при наличии двухвалентного железа (Fe²⁺) и небольшого количества кислорода там стабильно живут вместе три группы микроорганизмов.

Во-первых, это микроаэрофильные железоокисляющие бактерии. Они «любят», когда мало кислорода, и «едят» железо.

Во-вторых, кислородные фототрофы. Эти получают энергию из света и используют кислород.

В-третьих, анаэробы, которые живут вообще без кислорода.

Эти циклы — углеродный, азотный и частично серный — являются фундаментом любой экосистемы. То есть, эти сообщества не просто выживают; они формируют полноценные, самодостаточные миры, работающие по правилам, установленным миллиарды лет назад.

«Путеводитель» по инопланетной жизни

Новая научная работа кардинально меняет все наши представления о ранних экосистемах. Раньше считалось, что микробы в ту эпоху существовали довольно примитивно. Но данные из японских горячих источников рисуют картину сложного метаболического сотрудничества. Микробы научились использовать энергию от окисления железа и от производства кислорода ранними фототрофами, создавая стабильные и продуктивные сообщества.

Надо сказать, что значение этого открытия выходит далеко за рамки изучения нашего прошлого. По сути, это отличное руководство для поиска жизни на других планетах. Современный Марс, например, богат железом в своей почве, а в его прошлом, вероятно, были водоемы и геотермальная активность. Спутник Юпитера Европа и спутник Сатурна Энцелад скрывают под ледяными щитами целые океаны, которые, по некоторым гипотезам, могут иметь химический состав, схожий с древними земными океанами.




— пишут авторы.