Gamla energikällor: Mikrobiologer dechiffrerar liv i det förflutna

Gamla energikällor: Mikrobiologer dechiffrerar liv i det förflutna

Ett tvärvetenskapligt team av mikrobiologer och geologer har gjort betydande framsteg i att studera de tidigaste livsformerna på jorden. I en nyligen publicerad artikel i tidskriften Nature Ecology & Evolution dokumenterar forskarna sina laboratorieexperiment som simulerade förhållanden som fanns på jorden för cirka fyra miljarder år sedan. Fokus för studien låg på "svarta rökare" - hydrotermiska ventiler som uppstår i havens djup. Denna miljö kan ha spelat en avgörande roll för livets uppkomst eftersom den hyser unika kemiska processer.

I experimenten skapade forskarna så kallade "kemiska trädgårdar" som representerar miniatyrversioner av de svarta rökarna. Dessa konstgjorda strukturer gör det möjligt att återskapa kemiska reaktioner som sker i djuphavet, särskilt reaktionen mellan järn och svavel som leder till bildandet av järnsulfidmineraler. Detta producerar vätgas (H2), en potentiell energikälla för mikroorganismer. Denna väteproduktion kan ha varit viktig för att stödja mikrober som behöver det för att producera metan.

Tillväxt av arkéer i simulerade miljöer

En central fråga för studien var att förstå om den vätgas som produceras i laboratoriet är tillräcklig för att möjliggöra tillväxten av metanogena arkéer. Dessa speciella mikrober kan producera metan, vilket ger ledtrådar till de tidigaste livsformerna. Teamet testade tillväxten av den metanogena arkean under syrefria förhållanden i Chemical Gardens.

Methanocaldococcus jannaschii valdes som modellorganism för experimenten. Resultaten var avslöjande: archaea visade exponentiell tillväxt och överuttryckte gener ansvariga för acetyl-CoA-metabolism. Denna förmåga hos mikrober att använda vätgas som energikälla visar på anpassningsförmågan hos tidiga livsformer till extrema miljöer.

Resultatens betydelse för att förstå den tidiga jorden

Forskningen visar att cellerna förblev nära macinawitpartiklar, i överensstämmelse med geologiska fynd som gjorts i gamla hydrotermiska ventiler. Denna upptäckt tyder på att kemiska reaktioner som inträffar under utfällningen av järnsulfidmineraler genererade tillräcklig energi för att de första cellerna skulle överleva. Författarna till studien hävdar att denna form av vätemetanogenes kan representera den evolutionärt äldsta kända metoden för att producera energi.

Genom att kombinera experimentella resultat och geologiska bevis bidrar denna studie till den övergripande förståelsen av livets uppkomst på jorden. Fynden skulle också kunna ge underlag för framtida forskning om liv i extrema miljöer på andra himlakroppar. Mer information om bakgrunden och detaljerna till denna forskning finns på webbplatsen för Universitetet i Regensburg, IMW Mainz och Nature.com att hitta.