Железо-серные минералы могут свидетельствовать о первых микробах на Земле, живших миллиарды лет назад
Исследователи из Университетов Тюбингена и Гёттингена обнаружили, что определённые минералы с характерными формами могут указывать на активность бактерий в гидротермальных источниках — «чёрных курильщиках» — на дне океана несколько миллиардов лет назад.
Это представляет собой важный шаг в понимании происхождения жизни. Исследование, проведённое под руководством Эрика Рунге и профессора Яна-Петера Дуда (ныне оба в Университете Гёттингена), а также профессора Андреаса Капплера и доктора Муаммара Мансора, геомикробиологов из Университета Тюбингена, опубликовано в Communications Earth & Environment.
Геологическая летопись показывает, что горячие источники существовали на нашей планете по крайней мере 3,77 миллиарда лет. Исследователи полагают, что из-за своих чрезвычайно динамичных физических и химических условий системы горячих источников могли дать начало органическим веществам и первой жизни на Земле. Считается, что подобные системы существуют и на других планетах нашей Солнечной системы, что предполагает возможность существования жизни и там.
Поиск следов жизни
«Чтобы понять, как возникла жизнь, мы прослеживаем эволюцию микроорганизмов на миллиарды лет назад. Для этого мы ищем следы жизни, которые мы называем биосигнатурами, в самых древних породах Земли», — объясняет Эрик Рунге.
По его словам, не всегда ясно, образованы ли минералы в породах действием живых организмов, таких как микроорганизмы, или исключительно химическими и физическими процессами. «Мы оттачиваем наш поиск биосигнатур, лучше понимая, как биологически образованные минералы меняются в течение длительных геологических периодов».
Одной из особенно многообещающих биосигнатур является железо-серный минерал пирит («золото дураков»), которого много в гидротермальных источниках на дне океана. Пирит может образовываться либо напрямую, либо вторично из минерала магнетита при его реакции с богатыми серой флюидами. Ключевым моментом является то, что он встречается в различных формах.
«В наших анализах пирит в его характерной сферической форме оказался особенно интересным, со структурой, похожей на малину, — сообщает Андреас Капплер. — Он образовывался в такой форме только тогда, когда исходный материал — магнетит — был образован железовосстанавливающими бактериями».
Воссоздано в эксперименте
В отсутствие воздуха определённые бактерии могут расти и генерировать энергию, передавая электроны от своей пищи не кислороду — как люди и другие животные, — а окисленному железу. Оно восстанавливается, и может образоваться магнетит; этот процесс широко распространён в современных гидротермальных источниках на дне океана.
В эксперименте исследовательская группа смоделировала, как магнетит химически реагирует с богатыми серой флюидами, образующимися там. Для этого они взяли как небиологически образованный магнетит, так и магнетит, образованный биологически в бактериальных культурах, и подвергли их раздельно воздействию условий, преобладающих в экстремальных местообитаниях современных магнетит-образующих бактерий вокруг «чёрных курильщиков».
«Мы наблюдали, что как небиологический, так и биологический магнетит в основном растворялся в течение нескольких часов. Однако наши исследования с помощью сканирующего электронного микроскопа, проведённые в Центре структурной микроскопии Тюбингена (TSM), показали, что кристаллические формы продуктов трансформации значительно различались через несколько недель», — сообщает Рунге.
«В то время как в экспериментах с небиологическим магнетитом образовывались кристаллы пирита — разветвлённые и имеющие форму елей, пирит в экспериментах с биологическим магнетитом был более сферическим». Такие сферические пириты могут служить ископаемым свидетельством ранней бактериальной жизни, говорит Капплер, «особенно в самых древних породах, образованных горячими источниками на нашей планете».
«Однако исследования биосигнатур важны не только для расшифровки истории жизни на Земле, — говорит Ян-Петер Дуда. — Горячие источники, подобные тем, что на дне океана, могут существовать, например, на спутнике Сатурна Энцеладе. Если там есть жизнь, то, скорее всего, это микроорганизмы. Такие исследования, как наше, закладывают основу для распознавания следов таких организмов».