Ад без кислорода: японские источники помогли воссоздать первые шаги жизни в ядовитой атмосфере Земли

Земля не всегда была похожа на ту планету, которую мы знаем сегодня. Более двух миллиардов лет назад в её атмосфере почти не было кислорода, а жизнь существовала в условиях, которые для современных организмов были бы смертельно опасны. Кислород, без которого невозможно дыхание человека, тогда воспринимался как ядовитое вещество.

Великий перелом

Около 2,3 миллиарда лет назад произошло Великое кислородное событие — момент, когда воздух впервые насытился кислородом. Главными "виновниками" этого изменения стали крошечные цианобактерии, освоившие фотосинтез и начавшие выделять кислород как побочный продукт. Сегодня его доля в атмосфере составляет около 21 %, но тогда этот процесс вызвал глобальный кризис: многие живые организмы оказались не готовы к столь радикальной трансформации среды.

Подсказки в японских источниках

Чтобы понять, как жизнь справилась с кислородным вызовом, учёные обратились к современным аналогам древних экосистем — горячим источникам Японии. Эти водоёмы, бедные кислородом и богатые железом, напоминают древние океаны. Исследование под руководством Фатимы Ли-Хау из Института наук о Земле и жизни (ELSI, Токио) охватило пять источников в Токио, Аките и Аомори.

"Они помогают нам понять, как могли быть устроены примитивные микробные экосистемы до появления растений, животных и значительного количества кислорода в атмосфере", — отметил соавтор исследования Шон МакГлинн.

Мир микробов

В большинстве источников учёные обнаружили железоокисляющих бактерий, предпочитающих среду с малым количеством кислорода. Они питались двухвалентным железом, превращая его в трёхвалентное. Цианобактерии тоже присутствовали, но не играли ведущей роли. В одном из акитских источников исследователей ждал сюрприз: здесь доминировали микробы, обходившиеся без железа, что указывает на разнообразие путей адаптации.

Геномы и скрытые циклы

Анализ ДНК позволил реконструировать более 200 геномов микроорганизмов. Выяснилось, что они образуют тесно взаимосвязанное сообщество: одни перерабатывали железо и кислород, создавая условия для выживания других видов, чувствительных к кислороду. Совместно они поддерживали круговорот углерода и азота, а также намекали на загадочный цикл серы, который оказался сложнее, чем ожидалось.

"Несмотря на различия в геохимии и микробном составе на разных участках, наши результаты показывают, что в присутствии двухвалентного железа и при ограниченном количестве кислорода сообщества микроаэрофильных железоокисляющих бактерий, аэробных фототрофов и анаэробов стабильно сосуществуют и поддерживают удивительно схожие и полноценные биогеохимические циклы", — сказала Ли-Хау.

Шаг к кислородной Земле

Эти выводы меняют взгляд на раннюю историю планеты. Жизнь не ждала, пока фотосинтез станет доминирующим процессом: микробы умели использовать даже малые дозы кислорода, строя экосистемы, в которых разные виды дополняли друг друга. Переход к "кислородной Земле" оказался постепенным и многослойным процессом.

По словам Ли-Хау, современные горячие источники служат уникальной моделью, позволяющей воссоздать экосистемы того времени. Их изучение раскрывает, каким был метаболический потенциал древних сообществ и как они адаптировались к новой реальности.