Камни вдоль береговой линии озера Салда в Турции были сформированы с течением времени микробами, которые улавливают минералы в воде. Эти микробиалиты когда-то были основной формой жизни на Земле. Кредит: NASA/JPL-Caltech
Несмотря на десятилетия исследований, ученые все еще многого не понимают о зарождении жизни и ранней эволюции. Статья из Калифорнийского университета в Риверсайде открыла дверь к большему пониманию и к разработке будущих исследований, которые могли бы помочь предсказать изменение климата и поиск жизни за пределами Земли.
«Цель этой статьи — информировать сообщество специалистов по наукам о Земле о том, в каком направлении должны развиваться дальнейшие исследования», — сказал Кристофер Тино, который на момент проведения исследования был докторантом Калифорнийского университета в Риверсайде и первым автором.
Во многих исследованиях изучались признаки ранней жизни, сохранившиеся в древних породах, но в этой статье, опубликованной в журнале Nature Reviews Microbiology, эти данные объединены с геномными исследованиями современных организмов и недавними открытиями в области эволюции химии ранних океанов, атмосферы и континентов.
В статье показано, как самые ранние формы жизни на Земле — микробы, такие как бактерии, вырабатывающие O2, и археи, вырабатывающие метан, — формировали изменения в океанах, континентах и атмосфере и сами подвергались их формированию.
«Главное послание во всем этом заключается в том, что нельзя рассматривать какую-либо часть записи изолированно», — сказал Тимоти Лайонс, выдающийся профессор биогеохимии Калифорнийского университета в Риверсайде и соавтор первой книги. «Это один из первых случаев, когда исследования в этих областях были так всесторонне сшиты вместе, чтобы раскрыть всеобъемлющее повествование».
Объединив экспертов в области биологии, геологии, геохимии и геномики, статья подробно описывает путь ранних форм жизни на Земле от их первых появлений до их возвышения до экологической значимости. По мере увеличения их численности микробы начали влиять на окружающий мир, например, начав вырабатывать кислород посредством фотосинтеза.
По словам Тино, который в настоящее время является научным сотрудником в Университете Калгари, результаты исследований в каждой области часто «удивительным образом согласуются».
В частности, исследование отслеживает, как микробная жизнь потребляла, преобразовывала и распространяла ключевые питательные вещества, содержащие азот, железо, марганец, серу и метан, по всей Земле. Эти биологические пути развивались по мере того, как поверхность Земли резко менялась вместе с новой жизнью, а иногда и из-за нее. Появились континенты, солнце стало ярче, и мир обогатился кислородом.
Поскольку эволюция новых биологических путей повлияла на эти циклы элементов, их траектории говорят нам о том, когда появились ранние формы жизни, как они влияли на окружающую среду и реагировали на нее, и когда они оставили глобальные экологические следы.
В породах возрастом в миллиарды лет часто отсутствуют видимые окаменелости, необходимые для того, чтобы рассказать всю историю, но это исследование объединило химию этих пород и геномы ныне живущих родственников, чтобы сформировать всестороннее представление о древней жизни.
«По сути, мы описываем первые заигрывания Земли с микробами, способными изменить глобальную окружающую среду», — сказал Лайонс, который также является директором Центра астробиологии альтернативных земель в Департаменте наук о Земле и планетах. «Нужно понимать всю картину целиком, чтобы полностью осознать, кто, что, когда и где, поскольку микробы перешли от простого существования к существенному влиянию на окружающую среду».
Многие ученые предполагали, что как только форма жизни появилась на Земле, она быстро стала плодовитой. Только объединив десятилетия исследований в разных дисциплинах, как это сделали Лайонс, Тино и их коллеги в этой статье, ученые могут увидеть разницу между простым присутствием и доминированием определенных микробов. Часто подъем от существования до известности занимал сотни миллионов лет.
«Микробы, которые поначалу влачили существование в узких нишах, позже стали крупными игроками на рынке», — сказал Лайонс.
Все это сводится к основному вопросу, который не дает команде UCR спать по ночам: откуда мы пришли?
Однако ответы, полученные в ходе этого исследования, имеют и более практическое применение, включая понимание того, как жизнь и окружающая среда могут реагировать на изменение климата как в краткосрочной, так и в отдаленной перспективе.
Исследование также может помочь в поиске жизни на других планетах. «Если мы когда-нибудь найдем доказательства существования жизни за пределами Земли, они, скорее всего, будут основаны на процессах и продуктах микроорганизмов, таких как метан и O2», — сказал Тино.
«Мы мотивированы служить NASA в его миссии, — отметил Лайонс, — в частности, чтобы помочь понять, как экзопланеты могут поддерживать жизнь».
Информация от: Калифорнийским университетом — Риверсайд
