Ученые воссоздали условия, в которых могла зародиться жизнь
Ученые из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана приблизились к разгадке происхождения жизни, воссоздав в лаборатории древние химические реакции, которые могли дать ей старт. Их эксперименты, имитирующие условия глубоководных гидротермальных источников, показали, что микробы, подобные тем, что обитают в современных морских глубинах, могли процветать в первобытных «химических садах» 4 миллиарда лет назад. Исследование, опубликованное в журнале Nature Ecology & Evolution, предлагает ключ к пониманию, как жизнь зародилась на Земле.
Что создали ученые
Исследователи под руководством геохимика Ванессы Хельмбрехт смоделировали древние океанические условия, богатые железом и водородом, в стеклянном флаконе, они впрыскивали сульфидную жидкость в воду без кислорода, что привело к образованию черного осадка. Таким образом создав миниатюрные «химические сады», напоминающие гидротермальные источники, известные как «черные курильщики». При высоких температурах железо и сера формировали минералы, выделяющие H₂, в эту среду поместили M. jannaschii, собранного ранее в гидротермальном источнике у побережья Мексики.
Эти структуры, сформированные из сульфидов железа — макинавита (FeS) и грейгита (Fe₃S₄), — выделяли водород (H₂) при гидратации, создавая условия, схожие с теми, что существовали в архейском эоне (4–3,6 миллиарда лет назад).
В этих условиях тестировался микроб Methanocaldococcus jannaschii, использующий ацетил-КоА-путь — древний механизм фиксации углерода без ферментов. Удивительно, но микроб не просто выжил, а экспоненциально размножался.
Гидротермальные источники, расположенные на глубине более 3000 метров, до сих пор поддерживают экосистемы, живущие без солнечного света, как на заре Земли. Это делает их живыми свидетелями древнейших процессов.
«Вначале мы ожидали лишь незначительного роста, поскольку не добавляли в эксперимент никаких дополнительных питательных веществ, витаминов или следов металлов», — говорит Хельмбрехт. «Помимо сверхэкспрессии некоторых генов метаболизма ацетил-КоА археи на самом деле росли экспоненциально».
Клетки M. jannaschii располагались рядом с частицами макинавита, что напоминает ископаемые следы древнейших форм жизни. Это указывает на то, что «химические сады» могли быть колыбелью первых микробов.
Почему открытие важно
Открытие показывает, что метаболизм ацетил-КоА, использующий водород и углекислый газ, мог возникнуть в экстремальных условиях ранней Земли.
«Абиотический H₂ был потенциально важным донором электронов, а CO₂ служил ключевым акцептором электронов для первых клеток», — объясняют исследователи.
Эти химические сады, богатые сульфидами железа, вероятно, питали первые формы жизни, обеспечивая энергию и сырье для их эволюции.
«Наше исследование указывает на химические сады макинавита и грейгита как на потенциальные инкубаторы жизни, изначальные среды, которые теоретически могли бы поддерживать непрерывную эволюцию первых метаболизирующих клеток», — заключают авторы.
Это подтверждает гипотезу, что жизнь зародилась в гидротермальных источниках, где минералы и газы создавали уникальные условия.
Ученые отмечают, что это исследование открывает путь к новым экспериментам, которые могут уточнить, как химические реакции переросли в биологические процессы. Оно также подчеркивает роль гидротермальных источников как возможных «лабораторий жизни» — что важно для поиска жизни на других планетах, например на спутниках Юпитера или Сатурна.
