Вчені розкрили революційне відкриття в еволюції життя на Землі

Відкрито нове джерело азоту. Дослідники з Університету RPTU Кайзерслаутерн-Ландау на південному заході Німеччини розкривають таємниці минулих епох. У межах своїх досліджень вони вивчають, як могло розвинутися життя на ранній Землі. На відміну від попередніх припущень, біологічно доступний азот, схоже, не був обмежувальним фактором.

Живі організми потребують азот як основний будівельний елемент для утворення білків та інших функцій. Хоча наша атмосфера містить багато азоту, ні люди, ні більшість рослин не можуть засвоювати його безпосередньо з повітря. Так само, як і сьогодні, раннє життя на Землі залежало від фіксації азоту мікроорганізмами—тобто перетворення атмосферного азоту на сполуки, які живі організми можуть засвоювати та використовувати.

Деталі процесів, що відбувалися на Землі мільярди років тому, досі залишаються невідомими: які були джерела азоту? Як він використовувався? І як це вплинуло на подальший розвиток життя? Дослідниця RPTU доктор Мішель Ґерінґер працює саме над цими питаннями. Вона є геомікробіологом і вивчає взаємодію між мікроорганізмами та геохімічними процесами.

Фіксація азоту стабільна за змінних умов

Під її керівництвом було перевірено метод вимірювання, який показав, що біологічна фіксація азоту залишається стабільною за зміни атмосферного складу. Для розуміння цього підходу важливо знати, що азот має два стабільних ізотопи—дві різні форми, так би мовити: ¹⁵N і ¹⁴N.

Мішель Ґерінґер пояснює: «Азотний газ складається зі суміші легкого атома ¹⁴N і важчого атома ¹⁵N. Коли сучасні мікроорганізми використовують азот у своєму метаболізмі, вони роблять це в певному співвідношенні між цими ізотопами. Ми вимірюємо це шляхом спалювання азотовмісної біомаси та збору азоту, що виділяється під час горіння».

Ґерінґер та її колеги культивували ціанобактерії в умовах, схожих на ранню Землю, тобто без кисню та з високим вмістом вуглекислого газу. Вони виявили, що співвідношення ¹⁵N/¹⁴N залишалося стабільним. Це підтверджує припущення, що цей баланс не змінювався протягом усієї історії Землі.

Азот також засвоювався у вигляді розчиненого амонію

Спираючись на ці результати, Мішель Ґерінґер разом з іншими вченими, зокрема доктором Ешлі Мартін з Університету Нортумбрії (Велика Британія) та доктором Євою Штюкен з Університету Сент-Ендрюс (Велика Британія), досліджували цикл азоту в стародавніх строматолітах—осадових породах органічного походження.

Стародавні породи віком близько 2,7 мільярда років містять рештки мікроорганізмів і можуть дати цінну інформацію про їхні екосистеми. Дослідники виявили, що, на відміну від сучасних строматолітів, органічний матеріал у давніх породах отримував азот не лише через біологічну фіксацію азоту ціанобактеріями. Вони також засвоювали азот у формі розчиненого амонію.

«Найбільш імовірним джерелом цього амонію є гідротермальна активність на морському дні»,—зазначає Ґерінґер. Дослідження вулканічних басейнів віком 2,7 мільярда років також підтвердили, що амоній із гідротермальних джерел відігравав значну роль у цих екосистемах.

Чи можливе життя на Марсі?

«До цього часу вважалося, що життя на ранній Землі було обмежене нестачею біологічно доступного азоту. Але наші дослідження показують, що гідротермальні джерела відігравали важливу роль у постачанні азоту»,—каже Ґерінґер. Це означає, що життя могло процвітати як у глибоководних, так і в мілководних морських середовищах.

Що ці відкриття можуть означати для пошуку життя на інших планетах?
«Гідротермальна активність зафіксована на Марсі й, ймовірно, відбувається на крижаних супутниках у зовнішній Сонячній системі»,—зазначає Ґерінґер. Це означає, що на інших планетах могли відбуватися процеси, схожі на ті, що сприяли зародженню життя на Землі.