Mowa o tzw. katastrofie tlenowej sprzed 2,4 mld lat, kiedy to poziom tlenu w atmosferze wzrósł z wartości ok. miliona razy niższych niż obecnie do stężeń stanowiących śmiertelne zagrożenie dla większości ówczesnych organizmów. Paradoksalnie, to co dziś jest niezbędne do życia, w tamtym okresie działało jak trucizna.
Badacze przyjrzeli się pięciu gorącym źródłom bogatym w żelazo, rozsianym po różnych regionach Japonii. Jedno znajduje się w Tokio, a po dwa w prefekturach Akita i Aomori. Te specyficzne środowiska odtwarzają warunki panujące niegdyś w oceanach wczesnej Ziemi, co czyni je idealnym poligonem badawczym.
Shawn McGlynn, współautor badań, mówi:
Te bogate w żelazo gorące źródła stanowią unikalne naturalne laboratorium do badania metabolizmu mikrobiologicznego w warunkach przypominających wczesną Ziemię podczas przejścia od późnego Archaiku do wczesnego Proterozoiku.
xx
Kluczową cechą tych miejsc jest wysoka zawartość kationów żelaza (Fe2+), niski poziom tlenu oraz niemal neutralne pH. Warunki te niemal idealnie odpowiadają tym, które panowały w starożytnych oceanach podczas tego przełomowego okresu. Wyniki opisane w Microbes and Environments przyniosły zaskakujące odkrycia. W 4 z 5 badanych źródeł dominowały mikroaerofilne bakterie utleniające żelazo, które doskonale radzą sobie w środowiskach ubogich w tlen, wykorzystując Fe2+ jako główne źródło energii. Tylko w źródle Kowakubi sytuacja wyglądała inaczej – tam przeważały bakterie z grupy Hydrogenophilaceae, znane z utleniania wodoru.
Czytaj też: Sensacyjne odkrycie w USA. Te mikroorganizmy mają wyjątkową supermoc
Co ciekawe, sinice – mikroorganizmy odpowiedzialne za produkcję tlenu poprzez fotosyntezę – występowały w badanych środowiskach w znacznie mniejszych ilościach niż bakterie utleniające żelazo. To dość zaskakujące, biorąc pod uwagę ich kluczową rolę w zwiększaniu poziomu tlenu w atmosferze.
Analiza ponad 200 wysokiej jakości genomów mikrobiologicznych ujawniła niezwykłą złożoność tych prastarych ekosystemów. Mikroorganizmy prowadziły kompletne cykle biogeochemiczne, w tym fiksację węgla poprzez specjalny mechanizm zwany cyklem Calvina, wiązanie azotu oraz skomplikowane procesy utleniania i redukcji żelaza.
Fatima Li-Hau, główna autorka badań, dodaje:
Pomimo różnic w geochemii i składzie mikrobiologicznym między stanowiskami, społeczności mikroaerofilnych utleniaczy żelaza, fototrofów tlenowych i anaerobów konsekwentnie współistnieją i podtrzymują niezwykle podobne i kompletne cykle biogeochemiczne.
Dodatkowo naukowcy znaleźli dowody na działanie częściowego cyklu siarkowego, co wskazuje na jeszcze większą złożoność tych prymitywnych ekosystemów niż początkowo zakładano.
Odkrycia te dostarczają nowych wskazówek dotyczących mechanizmów, które umożliwiły mikroorganizmom nie tylko przetrwanie gwałtownych zmian środowiskowych, ale także rozwinięcie zaawansowanych form współpracy pozwalających na prosperowanie w nowych warunkach. Badania te mają istotne znaczenie nie tylko dla zrozumienia przeszłości Ziemi, ale również dla poszukiwań życia na innych planetach, dostarczając cennych wskazówek o tym, jak pierwotne formy życia mogą funkcjonować w ekstremalnych środowiskach.