Животът на Земята вероятно е започнал в топли подводни „химически градини“, богати на водород и желязо. Изследователи от Германия симулираха тази среда във флакон и установиха, че архаичните форми на живот, които днес живеят в морските дълбини, могат да се развиват в тези първични условия.
Животът на Земята преди
Трудно е да си представим как се е зародил животът на нашата планета. В днешните екосистеми животът е толкова дълбоко преплетен със самия себе си, че много малко същества живеят директно от суровините на Земята. Това е било така в продължение на много, много дълго време.
Още: Ето кога най-силната слънчева буря е ударила Земята
Но първите организми на иначе безжизнената планета е трябвало да се задоволят с това, което е предлагала минералната среда. Имало е малко или почти никакъв кислород и не е имало фотосинтеза. Както можете да видите във видеото по-долу, някои дълбоководни организми все още живеят по този начин, оцелявайки на хидротермални извори на дълбочини, където слънцето не грее.
Вземайки назаем електрони от водорода, който извира от земното ядро, дълбоководните микроби следват рецепта, по-древна от гените, които използват за провеждането ѝ, наречена ацетил КоА път. Това е единственият метод за фиксиране на въглерода - преработване на неорганичен въглерод в органични съединения - който може да бъде пресъздаден без ензими.
Ново изследване
Но когато тази рецепта е била написана за първи път, в ранните години на Земята, морската вода е съдържала много повече разтворено желязо, отколкото днес. Екип, ръководен от геохимика Ванеса Хелмбрехт от Мюнхенския университет „Лудвиг Максимилиан“ в Германия, иска да провери каква е била разликата в количеството на разтвореното желязо, като симулира тези древни океански условия в лабораторията.
Още: "Ще бъде изпепелена": Илон Мъск разкри колко време остава на Земята
„Древната поява на хидротермални находища, богати на железни сулфиди, в геоложкия запис се простира до ранния архайски еон (преди 4 до 3,6 милиарда години) и показва фосилни характеристики, интерпретирани като някои от най-старите признаци за живот на Земята“, пише екипът в статията си, описваща експеримента.
„Въпреки това връзките между абиотичното производство на H2 (дихидроген) в желязо-сулфидни химически градини, симулиращи (първични) хидротермални системи, и ранния живот са оскъдни.“
За тестови обект на тези симулации е избран едноклетъчен микроб от разред археи - Methanocaldococcus jannaschii. Той е събран за първи път от хидротермален отвор край западния бряг на Мексико, където, използвайки пътя на ацетил CoA, разчита на въглероден диоксид и водород като основни източници на енергия.
„Абиотичният H2 е бил потенциално важен електронен донор, а CO2 е служил като ключов електронен акцептор за първите клетки“, обяснява екипът. „Анаеробните организми, които използват H2-зависимия редукционен път на ацетил CoA за фиксиране на CO2, са съвременни представители, които са запазили следи от първите метаболизми.“
Още: Това може да е краят на живота на Земята: атмосферата има срок на годност
При експериментите M. jannaschii е поставен в миниатюрна версия на дълбоководните хидротермални извори, прилежно затворена в стъклен флакон. Чрез инжектиране на сулфидна течност във вода, лишена от разтворен кислород, те образуват черна утайка, която в рамките на 5-10 минути се разраства в структура на комин.
При високи температури желязото и сярата в този микрокосмос образуват желязните сулфидни минерали макинавит (FeS) и грегит (Fe3S4). Когато железният сулфид се хидратира, се отделя H2.
Макар и доста различен от съвременния си дом, M. jannaschii процъфтява в тази странна среда.
„В началото очаквахме само слаб растеж, тъй като не добавихме никакви допълнителни хранителни вещества, витамини или микроелементи към експеримента“, казва Хелмбрехт. „Както и свръхекспресирането на някои гени на метаболизма на ацетил КоА, археите всъщност растяха експоненциално.“
Клетките на M. jannaschii са имали склонност да се задържат точно до частиците макинавит, в сцена, която много прилича на някои от най-ранните следи от живот, открити във фосилни образци. Учените смятат, че тези химически градини са подхранвали първите микроби на Земята.
Това е доказателство, че рецептата за метаболизъм на ацетил КоА се е появила в екстремни и енергийно ограничени среди, където животът на Земята може би е предизвикал първите си искри.
„Нашето изследване посочва химическите градини на макинавита и греигита като потенциални люпилни на живота, първични среди, които теоретично биха могли да поддържат непрекъсната еволюция на първите метаболизиращи клетки“, заключават авторите.
Изследването е публикувано в Nature Ecology & Evolution.
