Mikroby żyjące pod powierzchnią Ziemi to potomkowie starożytnych form życia

Głęboko pod powierzchnią Ziemi istnieje ogromna różnorodność form życia. Nowa analiza dwóch głównych grup drobnoustrojów podpowierzchniowych ujawniła, że ich ewolucyjna ścieżka prowadząca do życia w ciemności była znacznie ciekawsza, niż się tego spodziewaliśmy.

W ciągu pierwszych 2 mld lat istnienia naszej planety w atmosferze nie było tlenu. Kiedy powietrze na Ziemi się zmieniło, nie wszystkie formy przystosowały się do tego. Wiele mikroorganizmów wycofało się do słabiej natlenionych części planety.

Patescibacteria i DPANN to dwie wszechobecne grupy drobnoustrojów podpowierzchniowych (bakterii i archeonów), które wydają się mieć proste genomy. To doprowadziło wielu do podejrzeń, że bez możliwości oddychania tlenem, mikroby te do przeżycia potrzebowały wejścia w interakcje z innymi organizmami.

Nowe badania wskazują, że zamiast symbiotycznej zależności od innych głównych grup organizmów, większość Patescibacteria i DPANN żyje jako całkowicie wolne komórki.

- Te mikroby są naprawdę wyjątkowymi, ekscytującymi przykładami wczesnej ewolucji życia. Mogą być pozostałościami starożytnych form życia, które ukrywały się i kwitły pod powierzchnią Ziemi od miliardów lat - powiedział Ramunas Stepanauskas z Bigelow Laboratory for Ocean Sciences.

Wcześniejsze badania nad Patescibacteria i DPANN zgromadziły niewielką liczbę próbek z okolic powierzchni Ziemi, głównie z Ameryki Północnej, ale to nowe badanie jest bardziej zaawansowane niż jakiekolwiek inne wcześniejsze. Przeanalizowano prawie 5000 pojedynczych komórek drobnoustrojów z 46 lokalizacji na całym świecie, w tym z wulkanu błotnego na dnie Morza Śródziemnego, kominów hydrotermalnych na Pacyfiku i kopalni złota w RPA.

- Nasze obserwacje genomiczne i biofizyczne pojedynczych komórek nie potwierdzają przeważającego poglądu, że Patescibacteria i DPANN są zdominowane przez symbionty. Ich rozbieżny potencjał kodowania, małe genomy i małe rozmiary komórek mogą być wynikiem prymitywnego metabolizmu energetycznego przodków, który opiera się wyłącznie na fermentacji - dodał Ramunas Stepanauskas.

Fermentacja jest jedną z opcji metabolicznych, jakie mają żywe organizmy do rozkładania glukozy bez pomocy tlenu. Wiele form życia wykorzystuje fermentację do produkcji energii - zwłaszcza drobnoustroje, które w ogóle nie oddychają powietrzem. Jednak fermentacja jest mniej wydajna niż oddychanie - wytwarza tylko 2 ATP za cząsteczkę glukozy w porównaniu do 38 ATP za glukozę przy oddychaniu tlenowym.

Badania genomiczne i bezpośrednie testy eksperymentalne na próbkach reprezentujących dwie grupy nie wykazały dowodów na oddychanie, a dokładne badanie powiązań między komórkami ujawniło, że większość z nich była samodzielna, nie związana z gospodarzem, jak niektórzy z ich powierzchniowych kuzynów. To oznacza, że mikroby z grup Patescibacteria i DPANN mogą być prawdziwymi potomkami starożytnych organizmów.