Gorące wody w Yellowstone mogą ujawniać sekrety początków życia na Ziemi

Dolny Basen Gejzerów (Lower Geyser Basin) to kompleks termalny, w którym temperatura sięga nawet 88 stopni Celsjusza. Jest zamieszkiwany przez unikalne mikoorganizmy, które genetycznie przypominają starożytne bakterie lub archeony.

W jednym z tamtejszych basenów termalnych - Octopus Spring - znajduje się dość wysoki poziom rozpuszczonego tlenu. W drugim, o nazwie Conch Spring, jest o wiele więcej wysoce toksycznego rozpuszczonego siarkowodoru.

Badacze z Montana State University przeanalizowali te różnice chemiczne, aby odkryć tajemnicę przetrwania życia przed - i w trakcie - Wielkiego Wydarzenia Utleniania [inaczej GOE - Great Oxidation Event - przyp. red.] sprzed około 2,5 miliarda lat.

Najstarsze mikroby, które pojawiły się na Ziemi, potrafiły wykorzystywać śladowe ilości tlenu w swojej biochemii. Jednak gwałtowne pojawienie się wysoce reaktywnego tlenu cząsteczkowego wymagało od nich opracowania zupełnie nowych taktyk. Przy wysokich stężeniach siarkowodór może blokować mechanizmy oddychania u znanych nam organizmów tlenowych. Dlatego naukowców jeszcze bardziej ciekawiło, w jaki sposób starożytne życie ewoluowało w gorących źródłach, zwalczając i korzystając z rosnących poziomów tlenu.

Zespołem naukowców kierował geomikrobiolog Bill Inskeep, który bada mikroby żyjące w Parku Yellowstone od niemal 30 lat.

- Wyobraź sobie próbę stworzenia strumieni gorącej wody z odpowiednią ilością tlenu i siarkowodoru. Bardzo trudno byłoby odtworzyć tego rodzaju eksperyment w laboratorium. I to jest takie fajne w badaniu tych środowisk. Możemy dokonywać obserwacji w dokładnych warunkach geochemicznych, których te organizmy potrzebują do rozwoju - powiedział Inskeep.

Zespół przeanalizował kilka próbek z mikrobami z obu źródeł pod kątem genetycznym, dzięki czemu mógł porównać ich różnorodność i aktywność tlenową w obu środowiskach.

W Octopus Spring pojawiała się większa różnorodność drobnoustrojów tlenowych, które muszą wykorzystywać inne mikroorganizmy, aby przetrwać. Nie są w stanie same wytwarzać dla siebie pożywienia, tak jak zdarza się to u innych drobnoustrojów. W tym basenie życie było znacznie bardziej zróżnicowane. Niemal u wszystkich mikroorganizmów występowały aktywne geny do oddychania tlenowego.

Ale nawet w środowisku ubogim w tlen i zawierającym siarkowodór, takim jak Conch Spring, gdzie mikroorganizmy były znacznie mniej różnorodne, pojawił się potencjał wykorzystania tlenu, tyle że ukryty.

W obu źródłach udało się odnaleźć różnorodne enzymy, które neutralizują tlen poprzez dodanie wodoru. Co interesujące, mikroorganizmy w Conch Spring potrafią takowe wytworzyć, nawet gdy tlenu jest bardzo mało.

- Te enzymy są aktywne przy poziomach tlenu na poziomie nanomolarnym [a więc bardzo, bardzo małym - red.], co wyjaśnia ich wysoką produkcję obserwowaną w warunkach siarkowodorowych Conch Spring - przekazał Inskeep.

Ich wyniki wykazały, że te genetycznie starożytne, ciepłolubne mikroby oddychają przy poziomach tlenu, które zazwyczaj uznaje się za zbyt niskie, by wspierały taką czynność oraz w warunkach, które są uważane za zbyt toksyczne. A skoro te mikroorganizmy mają takie umiejętności, oznacza to, że mogły je mieć również formy życia funkcjonujące przed GOE.

Na początku istnienia Ziemi mikroby musiały rozwijać się w naprawdę ekstremalnych warunkach. Okazuje się jednak, że niektórym z nich udało się przetrwać i rozwinąć nawet mimo bardzo małych ilości tlenu.