Незважаючи на багаторічні дослідження, багато аспектів походження та ранньої еволюції життя залишаються загадкою для дослідників. Недавня стаття Каліфорнійського університету в Ріверсайді надала нове розуміння, відкриваючи шлях для подальших досліджень, які можуть мати наслідки для прогнозування зміни клімату та пошуку позаземного життя.
«Ця стаття прагне повідомити спільноті наук про Землю, куди слід продовжити дослідження», — сказав Крістофер Тіно, доктор філософії UCR під час дослідження та перший автор.
Багато досліджень досліджували ознаки раннього життя, що збереглися в стародавніх породах, але ця стаття, нещодавно опублікована в журналі Nature Reviews Microbiology , поєднує ці дані з геномними дослідженнями сучасних організмів і останніми відкриттями в еволюції хімії ранніх океанів, атмосфери, і континенти.
Стаття показує, як найдавніші форми життя на Землі — мікроби, такі як бактерії, що виробляють O2, і археї, що виробляють метан, — сформували зміни в океанах, континентах і атмосфері та їх сформували.
«Центральне повідомлення всього цього полягає в тому, що ви не можете переглядати жодну частину запису окремо», — сказав Тімоті Лайонс, видатний професор біогеохімії UCR і співавтор. «Це один із перших випадків, коли дослідження в цих галузях були настільки повно з’єднані, щоб розкрити загальний наратив».
Стаття, яка об’єднує експертів з біології, геології, геохімії та геноміки, детально розповідає про шлях ранніх форм життя на Землі від їх перших появ до їхнього підйому до екологічної видатності. Зі збільшенням їх кількості мікроби почали впливати на навколишній світ, наприклад, почавши виробляти кисень за допомогою фотосинтезу .
За словами Тіно, який зараз є доктором наук в Університеті Калгарі, результати в кожній галузі часто «збігаються дивовижним чином».
Еволюція мікробного життя та вплив на навколишнє середовище
Зокрема, дослідження відстежує, як життя мікробів споживало, трансформувало та розсіювало ключові поживні речовини, що містять азот, залізо, марганець, сірку та метан, по всій Землі. Ці біологічні шляхи еволюціонували, коли поверхня Землі різко змінювалася разом із появою нового життя, а іноді й через нього. Виникли континенти, сонце стало яскравішим, а світ став насиченим киснем.
Оскільки еволюція нових біологічних шляхів вплинула на ці цикли елементів, їхні траєкторії говорять нам, коли з’явилися перші форми життя, як вони впливали на навколишнє середовище та реагували на нього, а також коли вони створили глобальні екологічні сліди.
Камені віком мільярди років часто не мають видимих скам’янілостей, необхідних для того, щоб розповісти всю історію, але це дослідження включило хімічний склад цих порід і геноми живих родичів, щоб сформувати повне уявлення про давнє життя.
«По суті, ми описуємо перші загравання Землі з мікробами, здатними змінити глобальне навколишнє середовище», — сказав Лайонс, який також є директором Центру астробіології альтернативних Земель у Департаменті наук про Землю та планети. «Вам потрібно зрозуміти всю картину, щоб повністю зрозуміти, хто, що, коли і де мікроби перейшли від простого існування до істотного впливу на навколишнє середовище».
Багато вчених припускають, що як тільки форма життя з’явилася на Землі, вона швидко стала плідною. Тільки об’єднавши десятиліття досліджень у різних дисциплінах, як Лайонс, Тіно та їхні колеги зробили в цій статті, вчені зможуть побачити різницю між простою присутністю та домінуванням певних мікробів. Часто підйом від існування до видатності займав сотні мільйонів років.
«Мікроби, які спочатку жили у вузьких нішах, згодом мали стати великими дітьми», — сказав Лайонс.
Усе це зводиться до основного питання, яке не дає спати команді UCR ночами: звідки ми взялися?
Але відповіді, отримані в результаті цього дослідження, також мають більш практичне застосування, включаючи розуміння того, як життя та навколишнє середовище можуть реагувати на зміну клімату як у короткостроковій перспективі, так і в далекому майбутньому.
Дослідження також може допомогти в пошуку життя на інших планетах. «Якщо ми коли-небудь знайдемо докази існування життя за межами Землі, це, швидше за все, буде засновано на процесах і продуктах мікроорганізмів, таких як метан і O2», — сказав Тіно.
«Ми мотивовані тим, що служимо NASA в його місії, — зазначив Лайонс, — зокрема допомогти зрозуміти, як екзопланети можуть підтримувати життя».