Найдавніша екосистема Землі виявилася несподівано розвиненою та різноманітною

Нове дослідження зразків гірських порід з ПАР дозволило знайти докази вельми широкого та непередбачуваного розмаїття мікробного життя 3,4 мільярда років тому. Виявлені сліди активності древніх мікроорганізмів свідчать про існування складних мікробних спільнот вже в ранньому археї, на зорі зародження життя на Землі.

Відомо, що мікроорганізми — рання форма життя на нашій планеті, що виникла і міцно утвердилася ще в палеоархейську еру (3,2-3,6 мільярда років тому). Ранні сліди їхньої життєдіяльності можна знайти по всьому світу, в морському та гідротермальному середовищах. Однак детально оцінити розмаїтість ранніх мікробних екосистем для реконструкції стародавнього життя на Землі дуже складне завдання.

Так, досі не зрозуміло, коли і де виникло життя, коли диверсифікувалися ранні мікробні спільноти та які організми входили до їхнього складу. Річ у тому, що найдавніші геологічні знахідки, включаючи потенційні біосигнатури (прояви наслідків життєдіяльності організмів), дуже рідко зберігаються через постійне оновлення земної кори.

Інформацію для реконструкції ранніх екосистем зазвичай видобувають із морфологічних та геохімічних відбитків — фоссилій (викопних залишків) та хімічних сполук-біосигнатур (певних молекул чи ізотопів). Але для достовірних висновків про давнє життя необхідна комбінація кількох потенційних біоіндикаторів. Адже абіотичні процеси без участі живих організмів можуть імітувати багато біосигнатур.

Саме тому така унікальна і важлива нова робота міжнародної дослідницької групи, що поєднує в собі аналіз гірських порід зеленокам’яного поясу Барбертон (ПАР) на кількох масштабах. Вчені вивчили породи віком 3,42 мільярда років і змогли розгадати процеси метаболізму мікробів, які беруть участь у стародавньому вуглецевому циклі. Дослідження опубліковано в журналі Precambrian Research.

Провівши всебічний аналіз вуглецевої речовини, що добре збереглася, і пов’язаних з нею мінеральних фаз, дослідники виявили геохімічні сліди життєдіяльності фотоавтотрофів (організмів, що виробляють кисень у процесі фотосинтезу шляхом енергії сонячного випромінювання), автотрофних сульфатредуцентів (відновників сульфатів) і метаболізму. Ці вражаючі результати підкреслюють, що у ті часи в екосистемах існували складні мікробні співтовариства з розвиненим вуглецевим циклом.

«Ідентифікація вуглецевих частинок у кристалах первинного піриту та прямий мікроаналіз ізотопів вуглецю та сірки у цих матеріалах надали нам рідкісну можливість однозначно визначити присутність мікробів з різним метаболізмом у цих давніх екосистемах. Неможливо точно визначити, чи жили всі ці мікроорганізми в тому самому місці в один і той же час. Проте, швидше за все, фотоавтотрофи мешкали біля води, де найбільше їх джерела енергії — сонячного світла. Інші мікроорганізми, ймовірно, жили у відкладеннях на морському дні, подалі від фототрофів, які виробляють токсичний для них кисень», — уклали автори нового дослідження.

Зазначимо, що нещодавно саме існування життя Землі 3,42 мільярда років тому вважалося досить гіпотетичним. Але хоч сьогодні у ньому ніхто не сумнівається, нова робота підкинула чергові питання.

Якщо фотоавтотрофи, які напрацьовують кисень, були широко представлені вже три з половиною мільярди років тому, то вони явно виникли значно раніше. Чому ж у такому разі в атмосфері Землі ще як мінімум мільярд років майже не було кисню? І чому його рівень досяг хоча б половини сучасного лише через 2,5-3 мільярди років після виникнення на планеті складних екосистем із фотосинтезуючими організмами?