Анализ горных пород из Южной Африки, проведенный в новом исследовании, предоставил доказательства неожиданно широкого разнообразия микробной жизни 3,4 миллиарда лет назад. Выявленные признаки деятельности древних микроорганизмов указывают на то, что сложные микробные сообщества существовали уже в раннем архее, в период формирования жизни на Земле.
Микроорганизмы являются наиболее древней формой жизни, появившейся на планете и закрепившейся в палеоархейскую эру (3,2–3,6 миллиарда лет назад). Следы их жизнедеятельности обнаружены во всем мире, как в морских, так и в гидротермальных средах. Оценка разнообразия ранних микробных экосистем для реконструкции древней жизни на Земле представляет собой сложную задачу.
Вопрос о том, когда и где появилась жизнь, когда произошла диверсификация первых микробных сообществ и какие организмы их составляли, остается открытым. Древнейшие геологические свидетельства, включая возможные биосигнатуры, чрезвычайно редки, поскольку земная кора постоянно обновляется.
Для восстановления информации о древних экосистемах обычно используют морфологические и геохимические свидетельства: ископаемые остатки (фоссилии) и химические соединения-биосигнатуры, такие как определенные молекулы или изотопы. Однако, для получения надежных заключений о жизни в прошлом, требуется сочетание нескольких потенциальных биоиндикаторов. Это связано с тем, что неживые (абиотические) процессы могут создавать имитации многих биосигнатур.
Именно поэтому новая работа международной исследовательской группы представляет особую ценность и уникальность, поскольку включает в себя анализ горных пород зеленокаменного пояса Барбертон (ЮАР) на различных масштабах. Специалисты изучили породы, возраст которых составляет 3,42 миллиарда лет, и смогли установить закономерности метаболизма микроорганизмов, вовлеченных в древний углеродный цикл. Исследование опубликовано в журнале Precambrian Research.
Изучение сохраненного углеродистого вещества и минералов, с которыми оно связано, позволило ученым обнаружить геохимические признаки, указывающие на жизнедеятельность фотоавтотрофов, сульфатредуцентов и метаногенных/ацетат-образующих микробов. Полученные данные свидетельствуют о наличии сложных микробных сообществ и развитого углеродного цикла в древних экосистемах.
«Анализ углеродистых частиц в кристаллах первичного пирита и непосредственный микроанализ изотопов углерода и серы позволили установить наличие микроорганизмов с различным типом метаболизма в древних экосистемах. Точное определение того, сосуществовали ли все эти микроорганизмы в одном месте и в одно время, оказалось невозможным. Однако, вероятно, фотоавтотрофы обитали вблизи поверхности воды, где они получали максимальное количество энергии от солнечного света. Другие микроорганизмы, скорее всего, жили в донных отложениях, вдали от фототрофов, производящих токсичный для них кислород.
Недавно существование жизни на Земле 3,42 миллиарда лет назад представлялось достаточно гипотетическим. Несмотря на то, что сегодня в этом никто не сомневается, новое исследование подняло новые вопросы.
Если фотоавтотрофы, производящие кислород, были распространены уже три с половиной миллиарда лет назад, то можно предположить, что они появились гораздо раньше. Но почему в атмосфере Земли еще как минимум миллиард лет практически отсутствовал кислород? И почему его концентрация достигла хотя бы половины современного уровня только через 2,5-3 миллиарда лет после того, как на планете сформировались сложные экосистемы, включающие фотосинтезирующие организмы?