Nowe badania przeprowadzone na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside oferują przełomowy wgląd w najwcześniejsze formy życia na Ziemi, łącząc starożytne dane geologiczne z nowoczesną genetyką i badaniami środowiskowymi, rzucając światło na ich długoterminowy wpływ ewolucyjny i znaczenie dla zmiany klimatu i eksploracji kosmosu.
Badanie przeprowadzone przez UCR może wpłynąć na poszukiwania życia na innych planetach.
Pomimo lat szeroko zakrojonych badań wiele aspektów pochodzenia i wczesnej ewolucji życia pozostaje dla badaczy tajemnicą. Niedawny artykuł z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside dostarczył nowych spostrzeżeń, torując drogę do dalszych badań, które mogą mieć wpływ na przewidywanie zmian klimatycznych i poszukiwanie życia pozaziemskiego.
„W tym artykule staramy się poinformować społeczność nauk o Ziemi, gdzie należy kontynuować badania” – powiedział Christopher Tino, doktorant UCR w czasie badań i pierwszy autor.
W wielu badaniach analizowano oznaki wczesnego życia zachowane w starożytnych skałach, ale niniejszy artykuł został niedawno opublikowany w czasopiśmie Recenzje przyrody Mikrobiologiałączy te dane z badaniami genomicznymi współczesnych organizmów i najnowszymi przełomowymi odkryciami dotyczącymi ewolucji chemii wczesnych oceanów, atmosfery i kontynentów.
Artykuł pokazuje, jak najwcześniejsze formy życia na Ziemi – drobnoustroje, takie jak bakterie wytwarzające O2 i archeony wytwarzające metan – kształtowały zmiany zachodzące w oceanach, kontynentach i atmosferze oraz były przez nie kształtowane.
„Głównym przesłaniem w tym wszystkim jest to, że nie można oglądać żadnej części zapisu w izolacji” – powiedział Timothy Lyons, wybitny profesor biogeochemii UCR i współpierwszy autor. „To jeden z pierwszych przypadków tak kompleksowego połączenia badań z tych dziedzin w celu odkrycia nadrzędnej narracji”.
Wiele struktur mikrobiologicznych na brzegach jeziora Salda w Turcji zostaje odsłoniętych w miarę spadku poziomu wody, co umożliwia naukowcom badanie związków między życiem a otaczającym środowiskiem. Źródło: Tim Lyons/UCR
W artykule, skupiającym ekspertów z biologii, geologii, geochemii i genomiki, szczegółowo opisano podróż wczesnych form życia na Ziemi od ich pierwszego pojawienia się do momentu osiągnięcia przez nie znaczenia ekologicznego. Wraz ze wzrostem ich liczby drobnoustroje zaczęły wpływać na otaczający je świat, na przykład zaczynając wytwarzać tlen fotosynteza.
Według Tino, który jest obecnie adiunktem na Uniwersytecie w Calgary, ustalenia z każdej dziedziny często „zgadzają się w niezwykły sposób”.
Ewolucja życia drobnoustrojów i wpływ na środowisko
W szczególności badanie śledzi, w jaki sposób życie mikroorganizmów pochłaniało, przekształcało i rozpraszało na Ziemi kluczowe składniki odżywcze zawierające azot, żelazo, mangan, siarkę i metan. Te ścieżki biologiczne ewoluowały w miarę dramatycznych zmian powierzchni Ziemi wraz z pojawieniem się nowego życia, a czasem z jego powodu. Pojawiły się kontynenty, słońce stało się jaśniejsze, a świat stał się bogaty w tlen.
Ponieważ ewolucja nowych szlaków biologicznych wpłynęła na cykle tych pierwiastków, ich trajektorie mówią nam, kiedy pojawiły się wczesne formy życia, jak wpływały na środowisko i na nie reagowały, a także kiedy utworzyły ślady ekologiczne na skalę globalną.
W skałach liczących miliardy lat często brakuje widocznych skamieniałości potrzebnych do opowiedzenia całej historii, ale w tym badaniu uwzględniono chemię tych skał i genomy żyjących krewnych, aby stworzyć kompleksowy obraz starożytnego życia.
„W istocie opisujemy pierwsze flirty Ziemi z drobnoustrojami zdolnymi do zmiany globalnego środowiska” – powiedział Lyons, który jest także dyrektorem Centrum Astrobiologii Ziemi Alternatywnych na Wydziale Nauk o Ziemi i Planetach. „Musisz zrozumieć cały obraz, aby w pełni zrozumieć, kto, co, kiedy i gdzie, w miarę jak mikroby przeszły od zwykłego istnienia do wywierania znaczącego wpływu na środowisko”.
Wielu uczonych zakładało, że gdy forma życia pojawiła się na Ziemi, szybko stała się płodna. Tylko łącząc dziesięciolecia badań w różnych dyscyplinach, jak to zrobili Lyons, Tino i ich współpracownicy w tym artykule, naukowcy mogą dostrzec różnicę między samą obecnością a dominacją niektórych drobnoustrojów. Często awans od istnienia do rangi zajmował setki milionów lat.
„Mikroby, które początkowo egzystowały w wąskich niszach, później stały się dużymi dzieciakami w okolicy” – powiedział Lyons.
Wszystko to sprowadza się do podstawowego pytania, które nie daje spać zespołowi UCR w nocy: Skąd przybyliśmy?
Jednak odpowiedzi uzyskane w wyniku tych badań mają także bardziej praktyczne zastosowania, w tym wiedzę o tym, jak życie i środowisko mogą reagować na zmiany klimatyczne, zarówno w krótszej, jak i dalszej przyszłości.
Badanie może również pomóc w poszukiwaniu życia na innych planetach. „Jeśli kiedykolwiek znajdziemy dowody na życie poza Ziemią, najprawdopodobniej będą one oparte na procesach i produktach mikroorganizmów, takich jak metan i O2” – powiedział Tino.
„Motywuje nas służba NASA w swojej misji” – zauważył Lyons – „szczególnie po to, aby pomóc zrozumieć, w jaki sposób egzoplanety mogą podtrzymywać życie”.
Literatura: „Koewolucja środowisk wczesnych Ziemi i życia drobnoustrojów” autorstwa Timothy’ego W. Lyonsa, Christophera J. Tino, Gregory’ego P. Fourniera, Riki E. Andersona, Williama D. Leavitta, Kurta O. Konhausera i Evy E. Stüeken, 29 maja 2024 r., Recenzje przyrody Mikrobiologia.
DOI: 10.1038/s41579-024-01044-y
