Жизнь на Земле процветала 3,5 миллиарда лет назад
Три с половиной миллиарда лет назад на Земле была жизнь. Но вот какой она была? Новое исследование, проведенное специалистами Института Науки о жизни на Земле и Токийского технологического института, дает ответы на этот вопрос.
При проведении исследования были использованы новые методы и современнейшая аппаратура. Ученые хотят знать, как долго существует жизнь на Земле. Если она существует почти столько же, сколько планета, это говорит о том, что жизнь легко зарождается, и жизнь должна быть общей во Вселенной. Если зарождение занимает много времени, это говорит о том, что необходимы особые условия, которые должны были произойти.
Динозаврам, чьи кости представлены в музеях по всему миру, миллиарды лет предшествовали микробы. Хотя микробы оставили некоторые физические доказательства своего присутствия в древней геологической летописи, они не окаменели настолько хорошо, чтобы их можно было тщательно изучить. Поэтому ученые используют другие методы для понимания того, присутствовала ли жизнь в геологической летописи.
В настоящее время самые старые свидетельства микробной жизни на Земле приходят к нам в виде стабильных изотопов. Химические элементы, нанесенные на периодическую карту, определяются числом протонов в их ядрах, например, атомы водорода имеют один протон, атомы гелия - два, атомы углерода - шесть.
В дополнение к протонам, большинство атомных ядер также содержат нейтроны, которые примерно такие же тяжелые, как протоны, но не несут электрического заряда. Атомы, которые содержат одинаковое число протонов, но различаются количеством нейтронов, называются изотопами. Хотя многие изотопы радиоактивны и распадаются на другие элементы, некоторые из них не подвергаются таким реакциям; они известны как стабильные изотопы.
Все живые существа, включая людей, принимают пищу и выбрасывают отходы. Микробы часто едят простые соединения, доступные в окружающей среде. Например, некоторые из них могут использовать углекислый газ в качестве источника углерода для создания своих собственных клеток.
Кроме углерода есть и другие химические элементы, необходимые для живых существ. Например, сера, с 16 протонами, имеет три естественно стабильных изотопа. Таким образом, образцы изотопов серы, оставленные микробами, фиксируют историю биологического метаболизма на основе серосодержащих соединений примерно 3,5 миллиарда лет назад.
Сотни предыдущих изучений рассматривали широкие изменения в старых и современных коэффициентах изотопа серы. Многие микробы способны использовать сульфат в качестве топлива, а в процессе выделяют сульфид, еще одно соединение серы. Сульфидные отходы древнего микробного метаболизма затем сохраняются в геологической записи, и его изотопные соотношения могут быть измерены путем анализа таких минералов, как минеральный пирит FeS2.
Новое исследование показывает основной биологический шаг контроля в микробном метаболизме серы. Это позволяет ученым связывать метаболизм с изотопами. Зная, как метаболизм изменяет стабильные соотношения изотопов, ученые могут предсказать изотопные сигнатуры, которые организмы должны оставить после себя.
Это исследование представляет первый шаг в изучении появления жизни на Земле. Микробный метаболизм сульфата сохранился, несмотря на солидный срок в 3 миллиарда лет. Эта работа открывает новое направление исследований, которое ученые называют эволюционной и изотопной энзимологией. Используя этот тип данных, ученые теперь могут перейти к другим элементам, таким как углерод и азот, и более полно связать геохимическую запись с клеточными состояниями и экологией через понимание эволюции ферментов и истории Земли.
