Starożytne źródła energii: Mikrobiolodzy rozszyfrowują życie w przeszłości

Starożytne źródła energii: Mikrobiolodzy rozszyfrowują życie w przeszłości

Interdyscyplinarny zespół mikrobiologów i geologów poczynił znaczne postępy w badaniu najwcześniejszych form życia na Ziemi. W nowo opublikowanym artykule w czasopiśmie Nature Ecology & Evolution naukowcy dokumentują swoje eksperymenty laboratoryjne, które symulowały warunki panujące na Ziemi około czterech miliardów lat temu. W badaniu skupiono się na „czarnych palaczach” – kominach hydrotermalnych występujących w głębinach oceanów. Środowisko to mogło odegrać kluczową rolę w powstaniu życia, ponieważ zachodzą w nim unikalne procesy chemiczne.

W ramach eksperymentów naukowcy stworzyli tak zwane „ogrody chemiczne”, które reprezentują miniaturowe wersje czarnych palaczy. Te sztuczne konstrukcje umożliwiają odtworzenie reakcji chemicznych zachodzących w głębinach morskich, w szczególności reakcji pomiędzy żelazem i siarką, która prowadzi do powstania minerałów siarczku żelaza. W ten sposób wytwarza się wodór (H2), potencjalne źródło energii dla mikroorganizmów. Produkcja wodoru mogła być ważna dla utrzymania drobnoustrojów potrzebujących go do produkcji metanu.

Wzrost archeonów w symulowanych środowiskach

Głównym zadaniem badania było zrozumienie, czy wodór wytwarzany w laboratorium jest wystarczający, aby umożliwić wzrost metanogennych archeonów. Te specjalne drobnoustroje są zdolne do wytwarzania metanu, dostarczając wskazówek dotyczących najwcześniejszych form życia. Zespół przetestował wzrost metanogennych archeonów w warunkach beztlenowych w Ogrodach Chemicznych.

Jako organizm modelowy do doświadczeń wybrano Methanocaldococcus jannaschii. Wyniki były odkrywcze: archeony wykazywały wykładniczy wzrost i nadekspresję genów odpowiedzialnych za metabolizm acetylo-CoA. Zdolność drobnoustrojów do wykorzystywania gazowego wodoru jako źródła energii pokazuje zdolność przystosowania się wczesnych form życia do ekstremalnych środowisk.

Znaczenie wyników dla zrozumienia wczesnej Ziemi

Badania pokazują, że komórki pozostawały blisko cząstek mackinawitów, co jest zgodne z odkryciami geologicznymi dokonanymi w starożytnych kominach hydrotermalnych. Odkrycie to sugeruje, że reakcje chemiczne zachodzące podczas wytrącania minerałów siarczku żelaza wygenerowały energię wystarczającą do przeżycia pierwszych komórek. Autorzy badania argumentują, że ta forma metanogenezy wodoru może stanowić ewolucyjnie najstarszą znaną metodę wytwarzania energii.

Łącząc wyniki eksperymentów i dowody geologiczne, badanie to przyczynia się do ogólnego zrozumienia powstania życia na Ziemi. Odkrycia mogą również stanowić podstawę do przyszłych badań nad życiem w ekstremalnych środowiskach na innych ciałach niebieskich. Więcej informacji na temat tła i szczegółów tych badań można znaleźć na stronie internetowej: Uniwersytet w Ratyzbonie, IMW Moguncja I Natura.com znaleźć.