Ősi energiaforrások: A mikrobiológusok megfejtik az életet a múltban

Ősi energiaforrások: A mikrobiológusok megfejtik az életet a múltban

Mikrobiológusokból és geológusokból álló interdiszciplináris csapat jelentős előrelépést tett a Föld legkorábbi életformáinak tanulmányozásában. A Nature Ecology & Evolution folyóiratban újonnan megjelent cikkben a tudósok dokumentálják laboratóriumi kísérleteiket, amelyek a Földön körülbelül négymilliárd évvel ezelőtt létező körülményeket szimuláltak. A tanulmány középpontjában a „fekete dohányosok” állnak – az óceánok mélyén előforduló hidrotermikus szellőzőnyílások. Ez a környezet döntő szerepet játszhatott az élet kialakulásában, mert egyedülálló kémiai folyamatokat rejt magában.

A kísérletek során a kutatók úgynevezett „vegyi kerteket” hoztak létre, amelyek a fekete dohányosok miniatűr változatait képviselik. Ezek a mesterséges szerkezetek lehetővé teszik a mélytengeri kémiai reakciók újraindítását, különösen a vas és a kén közötti reakciót, amely vas-szulfid ásványok képződéséhez vezet. Ez hidrogéngázt (H2) termel, amely potenciális energiaforrás a mikroorganizmusok számára. Ez a hidrogéntermelés fontos lehetett a mikrobák támogatásában, amelyeknek szükségük van metán előállításához.

Archaea növekedése szimulált környezetben

A tanulmány központi kérdése annak megértése volt, hogy a laboratóriumban előállított hidrogéngáz elegendő-e a metanogén archaeák növekedéséhez. Ezek a speciális mikrobák képesek metánt termelni, ami nyomokat ad az élet legkorábbi formáihoz. A csapat tesztelte a metanogén archea növekedését oxigénmentes körülmények között a Chemical Gardensben.

A Methanocaldococcus jannaschii-t választottuk modellszervezetnek a kísérletekhez. Az eredmények árulkodóak voltak: az archaea exponenciális növekedést mutatott, és az acetil-CoA metabolizmusáért felelős gének túlzottan expresszálódnak. A mikrobák azon képessége, hogy hidrogéngázt energiaforrásként használnak, bizonyítja a korai életformák alkalmazkodóképességét a szélsőséges környezetekhez.

Az eredmények jelentősége a korai Föld megértésében

A kutatás azt mutatja, hogy a sejtek a mackinawit részecskék közelében maradtak, ami összhangban van az ősi hidrotermikus szellőzőnyílásokban végzett geológiai leletekkel. Ez a felfedezés arra utal, hogy a vas-szulfid ásványok kicsapása során fellépő kémiai reakciók elegendő energiát termeltek az első sejtek túléléséhez. A tanulmány szerzői azzal érvelnek, hogy a hidrogén-metanogenezisnek ez a formája az evolúciós szempontból legrégebbi ismert energiatermelési módszer lehet.

A kísérleti eredmények és a geológiai bizonyítékok kombinálásával ez a tanulmány hozzájárul az élet földi megjelenésének általános megértéséhez. Az eredmények alapot jelenthetnek a jövőbeni kutatásokhoz is, amelyek más égitesteken extrém környezetben zajló élettel kapcsolatosak. A kutatás hátteréről és részleteiről további információ a weboldalon található Regensburgi Egyetem, IMW Mainz és Nature.com megtalálni.