Naturalne laboratorium w Japonii
Badacze przyjrzeli się pięciu gorącym źródłom bogatym w żelazo, zlokalizowanym w Tokio oraz prefekturach Akita i Aomori. Warunki panujące w tych miejscach przypominają środowisko oceaniczne z okresu wielkiego zdarzenia utlenienia. Charakteryzują się wysoką zawartością żelaza żelazowego, niskim poziomem tlenu i niemal neutralnym odczynem pH.
Te bogate w żelazo gorące źródła stanowią unikalne naturalne laboratorium do badania metabolizmu mikrobiologicznego w warunkach przypominających wczesną Ziemię podczas przejścia od późnego archaiku do wczesnego proterozoiku – opisuje Shawn McGlynn, współautor badania
W czterech z pięciu badanych lokalizacji dominowały mikroaerofilne bakterie utleniające żelazo należące do klas Zetaproteobacteria i Gammaproteobacteria. Te mikroorganizmy doskonale radziły sobie w środowisku o niskim stężeniu tlenu, wykorzystując żelazo żelazowe jako główne źródło energii. Najbardziej zaskakujące okazało się to, w jaki sposób dawne mikroorganizmy poradziły sobie z toksycznym tlenem. Zamiast go unikać, nauczyły się go wykorzystywać. Wczesne społeczności mikrobiologiczne przekształciły śmiertelny produkt uboczny fotosyntezy w użyteczne paliwo energetyczne.
Ich odkrycia sugerują, że wczesne społeczności mikrobiologiczne wykorzystywały żelazo wraz z tlenem uwalnianym przez mikroby fotosyntetyzujące do pozyskiwania energii, ukazując przejściowy ekosystem, w którym życie przekształciło produkt odpadowy jednego organizmu w nowe źródło energii – wyjaśniają członkowie zespołu badawczego
W jednym ze źródeł w Akicie naukowcy odkryli odmienną strategię. Tam dominowały bakterie z grupy Hydrogenophilaceae, które jako źródło energii wykorzystywały wodór zamiast żelaza. To pokazuje, jak różnorodne były mechanizmy adaptacyjne życia w tamtym okresie.
Skomplikowane procesy biochemiczne i wnioski na przyszłość
Pomimo pozornie prostych warunków, ekosystemy w gorących źródłach utrzymują niezwykle złożone procesy biochemiczne. Współistnienie różnych grup mikroorganizmów: od bakterii utleniających żelazo, przez fototrofy tlenowe, po anaeroby, tworzy kompletne cykle węgla, azotu i siarki. Naukowcy odkryli również dowody na występujący ukryty cykl siarki, w którym mikroorganizmy przetwarzają ten pierwiastek w skomplikowany sposób, mimo jego niskiej koncentracji w źródłach. Wyniki badań opublikowane w Microbes and Environments mają znaczenie wykraczające poza zrozumienie historii Ziemi. Mechanizmy adaptacji odkryte w japońskich źródłach mogą pomóc w poszukiwaniu życia na innych planetach.
Czytaj też: Gigantyczny ocean ukryty na Marsie. Poszukiwacze życia pozaziemskiego od lat czekali na tę wiadomość
Pomagają nam zrozumieć, jak prymitywne ekosystemy mikrobiologiczne mogły być ustrukturyzowane przed pojawieniem się roślin, zwierząt lub znaczącego tlenu atmosferycznego – podsumowuje McGlynn
Astrobiologia zyskuje dzięki tym badaniom nowe narzędzia do identyfikacji potencjalnych siedlisk życia na egzoplanetach. Planety z podobnymi warunkami geochemicznymi – wysoką zawartością żelaza i niskim poziomem tlenu – mogą okazać się bardziej przyjazne dla życia, niż wcześniej sądzono. Badania japońskich gorących źródeł pokazują, iż życie potrafi nie tylko przetrwać drastyczne zmiany środowiskowe, lecz dodatkowo je wykorzystać na swoją korzyść. Najnowsze doniesienia prawdopodobnie dadzą nam lepsze zrozumienie, gdzie jeszcze we wszechświecie możemy szukać śladów organizmów żywych.