Ziemia bez tlenu. Naukowcy sprawdzili, czym oddychały pierwsze organizmy
Badanie mat mikrobiologicznych, istniejących na Ziemi od miliardów lat, pozwoliło uzyskać wskazówki dotyczące tego, jak oddychały żyjące tu organizmy przed pojawieniem się tlenu. Okazuje się, że kluczem do rozwiązania zagadki może być arsen – dziś powszechnie znany jako trujący.
Badania przeprowadzono w miejscu zwanym Laguna La Brava na pustyni Atacama w Chile. To tam naukowcy znaleźli fioletowy obszar pokryty przez fotosyntetyzujące mikroorganizmy, żyjące w hipersalinowym jeziorze, które jest trwale wolne od tlenu.
– Pracuję z matami mikrobiologicznymi od około 35 lat. To jedyny system na Ziemi, w którym mogłem znaleźć matę mikrobiologiczną, która istniałaby przy całkowitym braku tlenu – przyznaje geolog Pieter Visscher z University of Connecticut w rozmowie z Science Alert.
Maty mikrobiologiczne są najwcześniejszymi ekosystemami na Ziemi. Istnieją od 3,5 miliarda lat, a to ponad 75 proc. geologicznej historii naszej planety. Przez pierwszy miliard na naszej planecie nie było tlenu niezbędnego do fotosyntezy. Przez prawie dwa miliardy lat sinice były jedyną formą życia na Ziemi, a w wielu miejscach globu nadal można znaleźć liczne stromatolity – skamieniałe pozostałości po matach sinicowych.
Visscher chciał sprawdzić, w jaki sposób pierwsze formy życia przetrwały w ekstremalnych warunkach, całkowicie pozbawione tlenu. Aby to zbadać, postanowił przyjrzeć się istniejącym obecnie stromatolitom i ekstremofilom (organizmom – w większości jednokomórkowym – żyjącym w skrajnych czynnikach środowiskowych).
Żelazo, siarka, arsen
Od dawna jako możliwe zamienniki tlenu we wczesnej fazie życia na Ziemi, proponowane były żelazo, siarka i wodór. Dopiero odkrycie „arsenotrofii” w hipersalinowych jeziorach Searles i Mono w Kalifornii sprawiło, że arsen dołączył do tego grona.
Od tego czasu badanie stromatolitów z formacji Tumbiana w Australii Zachodniej ujawniło, że przechwytywanie światła i arsenu było istotnym sposobem przeprowadzania fotosyntezy w prekambrze. Tego samego nie można powiedzieć o żelazie czy siarce. A w zeszłym roku naukowcy odkryli bogatą formę życia w Oceanie Spokojnym, która również „oddycha” arszenikiem.
Formy życia z La Brava bardzo przypominają purpurową bakterię siarkową o nazwie Ectothiorhodospira sp., która została niedawno znaleziona w jeziorze bogatym w arsen w Nevadzie, i która wydaje się ulegać fotosyntezie poprzez utlenianie arsenu do innej postaci – arsenianiu.
Wstępne badania wód w rejonie La Brava wykazało, że są one bogate w siarkowodór i arsen, jednak sprawdzenie, czy żyjące tam mikroby również metabolizują arsen wymaga dalszych badań – jak przypuszczają autorzy wstępnej analizy. Jednak jeśli naukowcy mają rację, a mikroby z La Brava rzeczywiście „oddychają” arsenem, te formy życia byłyby pierwszymi, które funkcjonują w ten sposób trwale w całkowicie pozbawionej tlenu macie mikrobiologicznej – podobnej do warunków panujących w środowiskach prekambryjskich. Tym samym te maty mikrobiologiczne stałyby się doskonałym środkiem do poznania niektórych z możliwych najwcześniejszych form życia na naszej planecie.
Chociaż badania genomiczne sugerują, że maty w La Brava posiadają narzędzia do metabolizowania arsenu i siarki, autorzy twierdzą, że redukcja arsenianu wydaje się być bardziej skuteczna niż redukcja siarczanów. Niezależnie od tego uważają, że istnieją mocne dowody na istnienie obu procesów, a to wystarczyłoby, aby wspierać wzrost i rozwój rozległych mat mikrobiologicznych we wczesnych etapach istnienia życia na Ziemi.
Jeśli zespół ma rację, być może będziemy musieli rozszerzyć nasze poszukiwania form życia poza naszym globem. – Szukając dowodów na istnienie życia na Marsie, naukowcy będą patrzeć na obecność żelaza i prawdopodobnie powinni również patrzeć na arsen – mówi Visscher.