Для раннього життя на Землі азоту було достатньо

Азот мав важливе значення в еволюції життя на ранній Землі, але його доступність активно обговорюється. Хоча попередні гіпотези припускали, що біологічно доступний азот обмежений, останні дослідження суперечать цьому уявленню. Дослідники, зокрема вчені з RPTU Університету Кайзерслаутерн-Ландау на південному заході Німеччини, вивчали, як азот вплинув на розвиток і поширення життя мільярди років тому.

Азот і походження життя

Азот є важливим елементом у всьому живому. Він необхідний для утворення амінокислот, будівельних блоків білків та інших біологічних сполук. Незважаючи на те, що атмосфера Землі сповнена газоподібного азоту, він не є легкодоступним для більшості живих організмів.

Деякі типи мікробів можуть перетворювати атмосферний азот у форми, придатні для використання іншими організмами – цей процес називається азотфіксацією. Але як стародавні мікроби отримували азот і чи був він у достатній кількості, щоб сприяти розвитку життя? Ось де дослідження під керівництвом дослідника RPTU Мішель Герінгер дає нам деякі підказки.

Фіксація азоту залишалася стабільною протягом тривалого часу

Вчені відстежували стабільність фіксації азоту в різних умовах середовища. Вони використовували метод, який виявляє ізотопи азоту в двох стабільних формах (¹⁵N і¹⁴ N), щоб відстежити процес фіксації азоту бактеріями.

«Азот — це суміш легкого атома¹⁴ N і важчого атома¹⁵ N. Коли сучасні мікроби використовують азот у своєму метаболізмі, вони використовують ці два ізотопи в певному співвідношенні один до одного. Ми вимірюємо це, спалюючи азотовмісну біомасу та збираючи газоподібний азот, який утворюється під час спалювання», – пояснив Герінгер.

До цього часу всі припускали, що мікроби зберігають те саме співвідношення ¹⁵ N:¹⁴ N у будь-яких умовах навколишнього середовища, навіть у щільній вуглекислим газом, без кисню стародавній атмосфері. Однак це припущення ніхто ніколи не перевіряв. Оскільки швидкість метаболізму залежить від умов навколишнього середовища, дослідники припустили, що співвідношення ізотопів азоту також може бути змінним.

Щоб перевірити це, Герінгер і його колеги культивували ціанобактерії в умовах, наближених до тих, що були на ранній Землі, без кисню та великої кількості вуглекислого газу.

«Ми виявили, що співвідношення ¹⁵ N: ¹⁴ N ціанобактерій залишається стабільним. Таким чином, наші результати підтверджують припущення, що це співвідношення було однаковим протягом всієї історії Землі», – пояснив Герінгер.

Стародавні скелі містять більше підказок

Після цього дослідження Герінгер працював з доктором Ешлі Мартін з Університету Нортумбрії та доктором Євою Стюкен з Університету Сент-Ендрюс. Фахівці взялися вивчити цикли азоту в стародавніх строматолітах – осадових породах, створених мікробами. Ці породи, вік яких оцінюється приблизно в 2,7 мільярда років, містять записи раннього життя та дозволяють зазирнути в далеке минуле Землі.

«Ми отримали доступ до незайманої, невивітреної породи, яку ми подрібнили в дрібний порошок і проаналізували на наявність ізотопів азоту», — сказав Герінгер.

Результати були несподіваними. На відміну від живих строматолітів, які повністю залежать від фіксації азоту ціанобактеріями, стародавні зразки вказують на вторинне джерело азоту – розчинений амоній.

«І найбільш правдоподібним джерелом цього є гідротермальна активність на морському дні», — заявив Герінгер.

Щоб перевірити цю гіпотезу далі, дослідники також проаналізували осадові породи у вулканічному басейні, вік яких також становить приблизно 2,7 мільярда років. Ці знахідки підтвердили той факт, що гідротермальний амоній був значним внеском у цикл азоту в той час.

Що це означає для життя поза Землею

Вчені давно досліджують чинники, які сформували поширення раннього життя на Землі. Однак це дослідження ставить під сумнів попередні припущення.

«Досі вважалося, що життя на ранній Землі, до того як атмосфера збагатилася киснем, була обмежена браком біологічно доступного азоту», — сказав Герінгер. «Завдяки гідротермальним джерелам азот не обмежив поширення життя на ранній Землі. Швидше, життя могло процвітати як у глибоководних, так і в мілководних морських середовищах».

Це відкриття має широке значення – як для того, що воно розкриває про історію нашої власної планети, так і для того, чи може існувати життя деінде.

«Гідротермальна активність була задокументована на Марсі та, ймовірно, також має місце на крижаних супутниках зовнішньої сонячної системи».

Якщо ті самі джерела азоту присутні за межами Землі, умови, які живили життя мікробів тут, можуть також існувати деінде у Всесвіті. Поточні дослідження не тільки заповнюють прогалини в історії Землі, але й розширюють наше розуміння того, де може існувати життя за межами нашої планети. Повний текст дослідження опубліковано в журналі Nature Communications .