Ученые раскрыли тайны клеточной эволюции древнейших микроорганизмов

Долгое время микрофоссилии, обнаруженные в Ганфлинтской формации в Канаде, служили эталоном для изучения древнейших форм жизни. Но некоторые их биохимические аспекты до сих пор оставались загадкой.

Теперь исследовательская группа под руководством Акизуми Иcиды (Akizumi Ishida) из Университета Тохоку в сотрудничестве с экспертами из Токийского университета и Университета Коти (все — в Японии) обнаружила следовые элементы фосфора и молибдена в образцах возрастом 1,9 миллиарда лет. Напомним, что фосфор и молибден — критически важные для жизни элементы, обнаружение которых в древних отложениях было трудной задачей для ученых.

Авторы исследования, опубликованного в журнале Scientific Reports, нашли фосфор вдоль контуров микрофоссилий. Открытие сложно переоценить, ведь фосфор — основной компонент фосфолипидов, составляющих клеточные мембраны современных организмов. 

«Результаты анализа означают, что уже 1,9 миллиарда лет назад древние микроорганизмы могли использовать фосфолипидные мембраны, подобные тем, что есть у современных бактерий и археев», — написали авторы исследования.    

Следы молибдена внутри микрофоссилий, в свою очередь, указывают на то, что древние микроорганизмы, вероятно, обладали сложными метаболическими механизмами, поглощая азот из окружающей среды. Этот процесс, как отметили исследователи, критически важен для синтеза белков и нуклеиновых кислот. 

Результаты нового исследования помогают лучше понять эволюцию клеточных структур и проливают свет на биохимический состав древних микроорганизмов.

Открытие стало возможным благодаря инновационному методу наноразмерной масс-спектрометрии вторичных ионов (NanoSIMS), который позволил с беспрецедентной точностью обнаружить и визуализировать распределение химических элементов в древних микрофоссилиях.

Ключевым новшеством стало использование электропроводящего ITO-стекла (стекло с покрытием из оксида индия и олова), что значительно улучшило качество наблюдений при использовании как оптической, так и электронной микроскопии.

Результаты исследования также поддерживают гипотезу о цианобактериальном происхождении ганфлинтских микрофоссилий. Цианобактерии — группа фотосинтезирующих бактерий, сыгравших ключевую роль в насыщении атмосферы кислородом и формировании современных экосистем.

Успех японских ученых позволит применить NanoSIMS к другим древним образцам, включая микрофоссилии из архейских пород возрастом более 2,5 миллиарда лет. Их анализ поможет понять, когда и как возникли такие ключевые биохимические процессы, как фотосинтез и фиксация азота, и какое влияние они оказали на эволюцию жизни на Земле.

Дальнейшее применение этого новаторского метода может привести к еще более захватывающим открытиям и лучшему пониманию эволюционных процессов на нашей планете.