Чи є мікробні мати найдавнішими формами життя на Землі

Портал створений за підтримки Федерального агентства з друку та масових комунікацій.

Коли земне життя вийшло на сушу

Перші «сухопутні» мікроби могли з'явитися Землі пізніше 3,2 млрд років тому.

Як ми всі добре знаємо, життя зародилося в океані, і, провівши в ньому якийсь час, це життя вийшло на сушу. Але як і коли саме перші живі організми зважилися вибратися з води? Зазвичай, коли ми говоримо про освоєння суші, то на думку спадають членистоногі, рослини, риби – проте очевидно, що першими живими організмами на земній суші були якісь мікроби.

На давній Землі життя вибиралося з моря на вулканічні острови. (Фото: Dan Durda / Southwest Research Institute.)

Зразок осадової породи з сухопутним бактеріальним матом (позначений стрілкою). (Фото: Martin Homann, European Institute for Marine Studies)

Хоча мікроби не мають скелета, від їхніх колоній все ж таки залишаються сліди, що зберігаються в осадових породах – саме такі сліди шукають дослідники, які займаються походженням життя. Поки найбільш надійними знахідками тут залишаються зразки віком 3,5 млрд років, знайдені в Західній Австралії ще в 1992 році - вони вважаються найдавнішими слідами життя на Землі. (Варто зауважити, що іноді виникають роботи, в яких описуються ще більш ранні копалини ознаки життя.)

Але ці сліди здебільшого вказують на морське життя.З земним життям все складніше: по-перше, поверхня планети на той час взагалі була здебільшого покрита океанами, серед яких то тут, то там виникали вулканічні острови; по-друге, у морі у слідів життя було більше шансів зберегтися в осадових породах неушкодженими, ніж на суші; по-третє, для «сухопутних» зразків такої давнини важче визначити вік і важче описати те оточення, в якому вони існували, і тому їх легко сплутати з тими, що були в морі.

Досі найдавнішими наземними слідами життя вважалися зразки віком 2,7 млрд років, відкриті у формації Тумбіана в Австралії та в зеленокам'яному поясі Барбертон у Південній Африці (зеленокам'яними поясами називають особливий комплекс порід віком 2,5–3,5 млрд років). Однак у новій статті, опублікованій у Nature Geosciences, дослідники з Європейського інституту моря разом із колегами з інших наукових центрів Франції, Німеччини та Австралії пишуть, що їм вдалося знайти ще давніші ознаки «сухопутного» життя – віком 3,2 млрд років.

Автори роботи вивчали стародавні осадові породи з того ж зеленокам'яного поясу Барбертон у Південній Африці, в яких виявились сліди бактеріальних матів – складних симбіотичних угруповань бактерій та архей, в яких мікроби формують шари, що перемежуються. Судячи з оточення мікробних матів (точніше, слідів мікробних матів), вони виникли саме тут, причому тут колись була річкова дельта.

На користь того, що мікроби жили не в морі, а на суші, нехай і в річковій дельті, говорить і вміст ізотопів вуглецю та азоту, властивих органічних речовин.За ізотопами «сухопутні» бактеріальні мати відрізняються від морських, тому що ті та інші сформовані мікробами з різним обміном речовин. Ті бактерії, які залишили сліди віком 3,2 млрд років, жили явно не в морі, тож, очевидно, життя вийшло на сушу раніше, ніж усі думали раніше.

Автор: Кирило Стасевич

Мікроби на дні солоного озера розповіли про давні біогеохімічні цикли

На дні солоного озера Лагуна Ла Брава в пустелі Атакама вчені знайшли незвичайну мікробну спільноту. Зазвичай у складі мікробних матів — багатошарових мікробних угруповань, які беруть участь у формуванні порід — переважають фотосинтезуючі ціанобактерії, проте в Ла Брава їхнє місце посіли археї та бактерії, нездатні до фотосинтезу. Екстремальні умови життя в солоних озерах пустелі Атакама можуть допомогти відтворити примітивні біогеохімічні цикли та показати різноманітність перших екосистем, які з'явилися на Землі, вважають автори, які опублікували роботу в PLOS One.

Лагуна Ла Брава входить до складу солончака Салар-де-Атакама — другого за величиною солончака у світі, що знаходиться в оточеній горами пустелі Атакама на території Чилі. Озеро характеризується високою солоністю та великою кількістю розчинених іонів – літію, миш'яку, магнію та кальцію. Так як озеро знаходиться в горах, воно піддається впливу великих доз ультрафіолету. Незважаючи на екстремальні умови існування, у ньому утворилося кілька розвинених екосистем, у тому числі мікробні мати — багатошарові структури, які являють собою спільноти мікроорганізмів з поділом функцій залежно від того, в якому шарі вони живуть.

Мікробні мати вважаються першими екосистемами, що з'явилися на Землі.Традиційно такі мати формуються за участю ціанобактерій — фотосинтезуючих бактерій, які фіксують вуглець і постачають розташовані нижче шари поживними речовинами та киснем. Найнижчі шари бактеріальних матів займаються мінералізацією органічних залишків, тому їх діяльності формуються породи. «Пам'ятником» ціанобактеріальним співтовариствам, які існували кілька мільярдів років тому, є строматоліти — шаруваті кам'яні споруди.

Дослідження вчених з Аргентини, Чилі та США дозволяє припустити, що не лише ціанобактерії брали участь у давніх процесах мінералізації. Аналіз мікробного співтовариства Ла Брава показав, що місце ціанобактерій там зайняли інші групи мікроорганізмів — кілька груп архей і бактерій.

Оскільки більшість екстремофілів не піддаються культивуванню, склад спільноти вивчали з допомогою секвенування ДНК мікробів. Серед мешканців мікробного мату виявились представники груп архей Euryarchaeota і Crenarchaeota, та бактерій Acetothermia, Firmicutes і Planctomycetes. Ціанобактерій там практично не виявилося, як і інших мікросинтезуючих мікроорганізмів.

Більшість із них погано вивчені, тому про метаболізм цих мікроорганізмів можна здогадуватися лише за представленістю генів, що кодують ті чи інші ферменти. Так, замість фотосинтезу бактерії Acetothermia, Очевидно, фіксують вуглець через ацетат. «Дихають» представники мікробної спільноти, окислюючи та відновлюючи сполуки сірки. Ймовірно, умови життя на дні Лагуна Ла Брава — нестача кисню та жорстке ультрафіолетове випромінювання нагадують умови життя на Землі мільярди років тому.

Ми розповідали і про інші мікроорганізми, що мешкають у незвичайних місцях — наприклад, снігових водоростях та екстремофілах, що населяють пральні машини.