NatCom: микробная жизнь в гейзерах пролила свет на эволюцию дыхания

Исследователи из Университета штата Монтана обнаружили, что микробы, живущие в горячих источниках Йеллоустоуна, могут пролить свет на то, как жизнь адаптировалась к появлению кислорода на ранней Земле. Изучая сообщества микроорганизмов в источниках Octopus и Conch, ученые смогли смоделировать условия, существовавшие до и после Кислородной катастрофы — глобального изменения состава атмосферы Земли 2,5 миллиарда лет назад, результатом которого стало появление в составе атмосферы свободного кислорода.

Работа опубликована в журнале Nature Communications (NatCom).

Оба источника содержат множество древних микроорганизмов, однако их химический состав существенно различается. В источнике Octopus уровень растворенного кислорода достигает 20 микромолей на литр, в то время как в источнике Conch его практически нет. Однако в Conch отмечается высокое содержание токсичного сульфида — более 120 микромолей. В то же время в Octopus его концентрация не превышает 2–3 микромолей. Эти различия делают источники природными лабораториями для изучения того, как организмы научились использовать кислород, несмотря на его токсичность в высоких концентрациях.

Генетический анализ показал, что микробы из источника Octopus обладают большим разнообразием и активнее используют кислород в своей биохимии. В этом источнике преобладают организмы, которым для выживания необходимо поедать других микробов.

Однако даже в почти бескислородной среде источника Conch ученые обнаружили ферменты, способные связывать молекулы кислорода. Более того, самые эффективные кислородные ферменты активировались именно в среде с высоким содержанием сульфида, что свидетельствует о сложных механизмах адаптации древней жизни.

По мнению ведущего автора исследования, геомикробиолога Билла Инскипа, такие природные эксперименты невозможно воссоздать в лаборатории.

"Мы можем наблюдать эти процессы только в геохимических условиях, в которых микроорганизмы действительно существуют", — объяснил он.

Результаты показали, что даже при низких концентрациях кислорода жизнь могла существовать и эволюционировать задолго до того, как атмосфера Земли стала богатой этим газом. Возможно, древние микроорганизмы сумели "научиться" использовать кислород, прежде чем он начал преобладать в окружающей среде.