Senie enerģijas avoti: mikrobiologi atšifrē dzīvi pagātnē

Senie enerģijas avoti: mikrobiologi atšifrē dzīvi pagātnē

Starpdisciplināra mikrobiologu un ģeologu komanda ir panākusi ievērojamu progresu, pētot agrākās dzīvības formas uz Zemes. Nesen publicētajā rakstā žurnālā Nature Ecology & Evolution zinātnieki dokumentē savus laboratorijas eksperimentus, kas simulēja apstākļus, kas uz Zemes pastāvēja pirms aptuveni četriem miljardiem gadu. Pētījumā galvenā uzmanība tika pievērsta "melnajiem smēķētājiem" - hidrotermālajām atverēm, kas rodas okeānu dzīlēs. Šai videi, iespējams, bija izšķiroša nozīme dzīvības rašanās procesā, jo tajā ir unikāli ķīmiski procesi.

Eksperimentos pētnieki izveidoja tā sauktos "ķīmiskos dārzus", kas attēlo melno smēķētāju miniatūras versijas. Šīs mākslīgās struktūras ļauj atjaunot ķīmiskās reakcijas, kas notiek dziļjūrā, īpaši reakciju starp dzelzi un sēru, kas izraisa dzelzs sulfīda minerālu veidošanos. Tas rada ūdeņraža gāzi (H2), kas ir potenciāls enerģijas avots mikroorganismiem. Šī ūdeņraža ražošana varēja būt svarīga, lai atbalstītu mikrobus, kuriem tas ir nepieciešams metāna ražošanai.

Arhejas augšana simulētā vidē

Pētījuma galvenais uzdevums bija saprast, vai laboratorijā saražotā ūdeņraža gāze ir pietiekama, lai nodrošinātu metanogēno arheju augšanu. Šie īpašie mikrobi spēj ražot metānu, sniedzot norādes uz agrākajām dzīvības formām. Komanda pārbaudīja metanogēno arheju augšanu bezskābekļa apstākļos Ķīmiskajā dārzā.

Methanocaldococcus jannaschii tika izvēlēts kā paraugorganisms eksperimentiem. Rezultāti bija atklājoši: arhejā bija eksponenciāla izaugsme un pārmērīgi izteikti gēni, kas ir atbildīgi par acetil-CoA metabolismu. Šī mikrobu spēja izmantot ūdeņraža gāzi kā enerģijas avotu liecina par agrīno dzīvības formu pielāgošanos ekstremālām vidēm.

Rezultātu nozīme agrīnās Zemes izpratnē

Pētījumi liecina, ka šūnas palika tuvu makinvīta daļiņām, kas atbilst ģeoloģiskajiem atklājumiem, kas veikti senajās hidrotermālajās atverēs. Šis atklājums liecina, ka ķīmiskās reakcijas, kas notiek dzelzs sulfīda minerālu nogulsnēšanas laikā, radīja pietiekami daudz enerģijas, lai pirmās šūnas varētu izdzīvot. Pētījuma autori apgalvo, ka šī ūdeņraža metanoģenēzes forma var būt evolucionāri vecākā zināmā enerģijas ražošanas metode.

Apvienojot eksperimentālos rezultātus un ģeoloģiskos pierādījumus, šis pētījums veicina vispārēju izpratni par dzīvības rašanos uz Zemes. Atklājumi varētu būt arī pamats turpmākiem pētījumiem par dzīvi ekstremālās vidēs uz citiem debess ķermeņiem. Papildinformāciju par šī pētījuma priekšvēsturi un informāciju var atrast tīmekļa vietnē Rēgensburgas Universitāte, IMW Mainca un Nature.com lai atrastu.