Учёные из Университета Монаша, Университета Мельбурна и Университетского колледжа Лондона приблизились к разгадке одной из величайших тайн — как зародилась жизнь на Земле. Их исследование, опубликованное в журнале The ISME Journal, показывает, что микробиолиты — древние каменистые структуры, созданные микробами, — могли быть первыми «лабораториями эволюции». Более того, эти микроорганизмы могут стать ключом к борьбе с изменением климата, перерабатывая углекислый газ. Рассказываем, как микробы помогают понять происхождение жизни и дают надежду на экологическое будущее.

Что такое микробиолиты?

Микробиолиты — это окаменелые структуры, сформированные колониями микроорганизмов, таких как цианобактерии, миллиарды лет назад. Они считаются одними из древнейших следов жизни на Земле, возраст которых достигает 3.5–3.8 миллиарда лет. Эти структуры, похожие на слоистые камни, встречаются в таких местах, как австралийские строматолиты в заливе Шарк, и представляют собой уникальный архив ранней биосферы.

До сих пор учёные предполагали, что микробиолиты зависят от фотосинтеза, подобно растениям, использующим солнечный свет. Однако новое исследование раскрывает, что многие микробы внутри этих структур выживают за счёт химических реакций, не требующих света.

«Мы обнаружили, что эти микробы умеют получать энергию даже в полной темноте — например, окисляя водород, аммиак или соединения железа», — объяснил доктор Франческо Риччи из Университета Монаша.

Микробы как «лаборатории эволюции»

Исследование показывает, что микробиолиты были своеобразными эволюционными мастерскими, где микроорганизмы экспериментировали с различными способами получения энергии. В условиях ранней Земли, когда атмосфера была бедна кислородом, а солнечный свет мог быть ограничен из-за плотных облаков или вулканической активности, такие химические реакции стали ключом к выживанию.

Микробы в микробиолитах работали как сообщества, где разные виды выполняли взаимодополняющие функции:

  • Одни окисляли водород или аммиак, выделяя энергию.
  • Другие перерабатывали доступные минералы, такие как железо или сера.
  • Третьи улавливали углекислый газ (CO₂), превращая его в органические соединения.

«Эти микробы работают вместе как хорошо слаженная команда — они не только выживают, но и активно перерабатывают углекислый газ даже ночью, когда фотосинтез невозможен», — отметил доктор Боб Леунг, соавтор исследования.

Такое сотрудничество позволило микробиолитам процветать в экстремальных условиях и, возможно, заложило основу для появления более сложных форм жизни.

Связь с зарождением жизни

Открытие подтверждает гипотезу, что микробиолиты сыграли ключевую роль в эволюции жизни на Земле. Их способность использовать химическую энергию в отсутствие света указывает на то, что первые живые организмы могли возникнуть в глубоких океанах или других тёмных средах, таких как гидротермальные источники. Это поддерживает теорию хемосинтеза как одного из первых механизмов метаболизма, предшествовавшего фотосинтезу.

Кроме того, микробиолиты могли способствовать изменению химического состава атмосферы, обогащая её кислородом через деятельность цианобактерий. Это процесс, известный как Великое кислородное событие (около 2.4 миллиарда лет назад), который сделал Землю пригодной для сложных организмов.

Микробы против климатического кризиса

Помимо исторического значения, исследование открывает практические перспективы. Микробные сообщества в микробиолитах способны эффективно улавливать и перерабатывать углекислый газ — главный парниковый газ, вызывающий глобальное потепление. Учёные считают, что их механизмы можно адаптировать для современных технологий, таких как:

  • Биореакторы для улавливания CO₂ из промышленных выбросов.
  • Экологичные системы очистки воздуха на предприятиях или в городах.
  • Биотехнологии для производства биотоплива, использующие метаболизм микробов.

«Понимание того, как микробы перерабатывают углекислый газ, может стать основой для новых методов борьбы с изменением климата», — подчеркнул Риччи. Например, технологии, основанные на микробиолитах, могут нейтрализовать выбросы углерода от заводов или электростанций, превращая CO₂ в безопасные соединения.

Что дальше?

Учёные планируют расширить исследования:

  • Изучение современных микробиолитов: Анализ живых строматолитов в Австралии и Багамах для понимания их текущей активности.
  • Лабораторные эксперименты: Создание искусственных микробных сообществ для тестирования их способности улавливать CO₂ в промышленных масштабах.
  • Космические исследования: Поиск следов микробиолитов на Марсе, где подобные структуры могли сохраниться в древних озёрах, таких как кратер Езеро, исследуемый ровером Perseverance.

Эти шаги помогут не только глубже понять происхождение жизни, но и разработать технологии для защиты окружающей среды.

Заключение

Исследование учёных из Университета Монаша, Мельбурна и UCL, опубликованное в The ISME Journal, раскрывает, как микробиолиты — древние структуры, созданные микробами, — могли стать колыбелью жизни на Земле. Их способность выживать за счёт химических реакций, таких как окисление водорода или аммиака, указывает на ключевую роль в эволюции. Более того, эти микроорганизмы предлагают решение для борьбы с изменением климата, эффективно перерабатывая углекислый газ. От древних «лабораторий эволюции» до современных экологических технологий — микробы продолжают удивлять учёных и дают надежду на устойчивое будущее.