Самая древняя экосистема Земли оказалась неожиданно развитой и разнообразной

Известно, что микроорганизмы — самая ранняя форма жизни на нашей планете, возникшая и прочно утвердившаяся еще в палеоархейскую эру (3,2-3,6 миллиарда лет назад). Ранние следы их жизнедеятельности можно найти по всему миру, в морской и гидротермальной средах. Однако детально оценить разнообразие ранних микробных экосистем для реконструкции древней жизни на Земле — весьма сложная задача.

Так, до сих пор не ясно, когда и где возникла жизнь, когда диверсифицировались ранние микробные сообщества и какие организмы входили в их состав. Дело в том, что древнейшие геологические находки, включая потенциальные биосигнатуры (проявления последствий жизнедеятельности организмов), крайне редко сохраняются из-за постоянного обновления земной коры.

Информацию для реконструкции ранних экосистем обычно добывают из морфологических и геохимических отпечатков — фоссилий (ископаемых остатков) и химических соединений-биосигнатур (определенных молекул или изотопов). Но для достоверных выводов о древней жизни необходима комбинация нескольких потенциальных биоиндикаторов. Ведь абиотические процессы без участия живых организмов могут имитировать многие биосигнатуры.

Именно поэтому так уникальна и важна новая работа международной исследовательской группы, сочетающая в себе анализ горных пород зеленокаменного пояса Барбертон (ЮАР) на нескольких масштабах. Ученые изучили породы возрастом 3,42 миллиарда лет и смогли разгадать процессы метаболизма микробов, участвующих в древнем углеродном цикле. Исследование опубликовано в журнале Precambrian Research.

Проведя всесторонний анализ хорошо сохранившегося углеродистого вещества и связанных с ним минеральных фаз, исследователи выявили геохимические следы жизнедеятельности фотоавтотрофов (организмов, производящих кислород в процессе фотосинтеза за счет энергии солнечного излучения), автотрофных сульфатредуцентов (восстановителей сульфатов) и микробов, производящих метан или ацетат. Эти впечатляющие результаты подчеркивают, что уже в те времена в экосистемах существовали сложные микробные сообщества с развитым углеродным циклом.

«Идентификация углеродистых частиц в кристаллах первичного пирита и прямой микроанализ изотопов углерода и серы в этих материалах предоставили нам редкую возможность однозначно определить присутствие микробов с различным метаболизмом в этих древних экосистемах. Невозможно точно определить, жили ли все эти микроорганизмы в одном и том же месте в одно и то же время. Однако, скорее всего, фотоавтотрофы обитали у поверхности воды, где больше всего их источника энергии — солнечного света. Остальные микроорганизмы, вероятно, жили в отложениях на морском дне, вдали от производящих токсичный для них кислород фототрофов», — заключили авторы нового исследования.

Отметим, что еще недавно само существование жизни на Земле 3,42 миллиарда лет назад считалось достаточно гипотетическим. Но хотя сегодня в нем никто не сомневается, новая работа подкинула очередные вопросы.

Если фотоавтотрофы, нарабатывающие кислород, были широко представлены уже три с половиной миллиарда лет назад, то они явно возникли существенно раньше. Почему же в таком случае в атмосфере Земли еще как минимум миллиард лет почти не было кислорода? И почему его уровень достиг хотя бы половины современного только через 2,5-3 миллиарда лет после возникновения на планете сложных экосистем с фотосинтезирующими организмами?