M&E: микробы древней Земли использовали железо как источник энергии

Ученые из Института наук о Земле и жизни Токийского института науки под руководством Фатимы Ли-Хау и доцента Шона МакГлинна выяснили: в условиях, напоминающих древние океаны, микробные сообщества использовали железо и небольшие количества кислорода, выделяемого фотосинтезирующими цианобактериями, для получения энергии.

Это открытие проливает свет на переходный этап — когда побочный продукт фотосинтеза становился новым топливом для жизни. Работа опубликована в журнале Microbes and Environments (M&E).

Так называемое Великое кислородное событие произошло около 2,3 млрд лет назад, когда цианобактерии начали активно производить кислород в процессе фотосинтеза. Это фундаментально изменило состав атмосферы и биосферы, сделав возможным появление животных и растений. Но для древних анаэробных организмов кислород представлял угрозу.

Исследователи воспроизвели химические условия тех времен, исследуя пять горячих источников в Японии (в Токио, Аките и Аомори). Эти источники необычны: в их воде много растворенного закисного железа (Fe²⁺) и мало кислорода. Такие условия характерны для древних океанов до их насыщения кислородом.

В четырех из пяти источников доминировали микроаэрофильные железоокисляющие бактерии, которые "питались" закисным железом, превращая его в окисленное (Fe³⁺). Наряду с ними встречались и фотосинтезирующие цианобактерии, хотя в меньшем количестве. Лишь один источник отличался иным составом — там преобладали микробы с другой стратегией метаболизма.

Метагеномный анализ позволил собрать более 200 геномов микробов.

Ученые выяснили, что одни микроорганизмы использовали железо и кислород, а другие выполняли ключевые процессы круговорота углерода, азота и даже серы. Причем последняя находка удивила исследователей: в источниках почти не было серы, но обнаруженные гены указывали на наличие "скрытого" серного цикла.

Работа не только раскрывает тайны истории Земли, но и расширяет рамки поиска внеземной жизни. Планеты с железом в океанах и низким уровнем кислорода могут быть обитаемы благодаря аналогичным микробным стратегиям.