Gorące wody Yellowstone mogą skrywać sekrety oddychania dawnych organizmów na Ziemi
Badania przeprowadzone w źródłach geotermalnych Yellowstone dają wgląd w okres sprzed ponad 2 miliardów lat. Tryb życia mikrobów w źródłach geotermalnych może rzucić światło na to, jak życie ewoluowało przed i w trakcie Wielkiego Utleniania, czyli okresu, kiedy atmosfera Ziemi przeszła z niemal całkowitego braku tlenu do atmosfery zawierającej blisko 20 proc. tlenu, jaką ma obecnie. "Bardzo trudno byłoby powtórzyć taki eksperyment w laboratorium", twierdzi Bill Inskeep, który od 1999 r. bada mikroby żyjące w Yellowstone.
Ziemia nie od razu była miejscem wyjątkowo sprzyjającym życiu. Pierwsze mikroorganizmy rozwijały się w niezwykle ciężkim i niesprzyjającym środowisku, bez udziału większej ilości tlenu. 2,5 miliarda lat temu w trakcie wydarzenia zwanego Wielkim Wydarzeniem Utleniającym, Rewolucją Tlenową, zaś w języku polskim najczęściej Katastrofą tlenową, atmosfera Ziemi przeszła z niemal całkowitego braku tlenu do atmosfery zawierającej blisko 20 proc. tlenu, jaką ma obecnie, gdy pojawiły się formy zdolne przeprowadzać fotosyntezę i wydzielać cząsteczki naszego życiodajnego gazu.
Naukowcy nie mają także wątpliwości, że najwcześniejsze mikroby na Ziemi już wcześniej wykształciły sposoby włączania śladowych ilości tlenu do swojej biochemii. Ale w momencie, gdy pojawił się wysoce reaktywny tlen cząsteczkowy, wymagało to wykształcenia nowych taktyk obronnych. Według analiz przeprowadzonych przez naukowców z Uniwersytetu Stanowego Montany, funkcjonowanie mikrobów w Lower Geyser Basin w Yellowstone może ujawnić sekrety ewolucji sposobu, w jaki żywe organizmy wykorzystują tlen.
Wody Yellowstone ujawniają sekrety oddychania dawnych organizmów
Naukowcy wzięli pod lupę mikroby żyjące w dwóch źródłach geotermalnych: Octopus Spring i Conch Spring, gdzie woda osiąga temperaturę około 88 stopni Celsjusza. Genetycznie są one podobnie do starożytnych bakterii, archeonów (archeobakterii). Mogą być one swego rodzaju oknem do poznania pierwotnej zupy, z której wyłoniło się życie. Choć organizmy w obu miejscach mają wiele cech wspólnych, to środowiska, w których funkcjonują, różnią się w znacznym stopniu.
W Octopus Spring jest około 20-krotnie większa ilość tlenu w stosunku do Conch Spring, gdzie jego stężenie jest praktycznie zerowe. Jednocześnie w Conch Spring jest znacznie większe stężenie siarczków. Porównanie tych kolonii bakterii może dać wgląd w tak ważne dla życia na Ziemi zjawisko.
Ciekawe jest to, że siarczki w dużych stężeniach mogą blokować mechanizmy oddychania u współczesnych organizmów tlenowych. To nasuwa kolejne pytania, jak dawne życie w gorących źródłach mogło wyewoluować, aby radzić sobie ze wzrostem poziomu tlenu. Tak więc te różnice pomiędzy środowiskami są doskonałym odwzorowaniem okresu przed Katastrofą tlenową i po niej.
– Bardzo trudno byłoby powtórzyć taki eksperyment w laboratorium. Wyobraźmy sobie próbę stworzenia strumieni gorącej wody z odpowiednią ilością tlenu i siarczku. I to jest właśnie fajne w badaniu tych środowisk. Możemy dokonywać tych obserwacji w dokładnych warunkach geochemicznych, jakich te organizmy potrzebują, aby się rozwijać – powiedział Bill Inskeep, który od 1999 r. bada mikroby żyjące w Yellowstone.
Wyniki badań pokazały, że genetycznie starożytne, kochające ciepło organizmy są w stanie oddychać przy poziomie tlenu powszechnie uznawanym za zbyt niski. Ale jeśli one mogą to zrobić, to dlaczego formy życia istniejące przed Wielkim Wydarzeniem Utleniającym miałyby tego nie robić? Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Communications.
Źródła: Uniwersytet Stanowy Montany, LiveScience
Publikacja: William P. Inskeep et al, Respiratory processes of early-evolved hyperthermophiles in sulfidic and low-oxygen geothermal microbial communities, Nature Communications (2025).DOI: 10.1038/s41467-024-55079-z
