Ученые нашли, что одноклеточные организмы, живущие в современных океанах, могут иметь много общего с формами жизни, существовавшими млрд годов назад и коренным образом изменившими нашу планетку. Исследование, опубликованное в журнальчике Science Advances, открывает подробности жизни самых трудолюбивых бактерий: цианобактерий.
Цианобактерии в озере Эри (США, Канада). Credit: Tim Davis
Эти одноклеточные фотосинтезирующие организмы, также известные как «сине-зеленые водные растения», можно отыскать фактически в любом большенном водоеме. Но наиболее 2 млрд годов назад они сыграли очень важную роль в истории жизни на Земле: во время периода, известного как «Величавое событие оксигенации», древнейшие цианобактерии произвели неожиданный и резкий выброс кислородного газа.
«Мы лицезреем полный сдвиг в химии океанов и атмосферы, который направил эволюцию по новенькому пути. Сейчас всем высшим звериным для выживания нужен кислород», – ведает Сара Херли, ведущий создатель исследования и научный сотрудник отдела геологических наук и биохимии из Института Колорадо в Боулдере (США).
На нынешний денек ученые не знают, что представляли собой эти основополагающие бактерии, где они обитали и что вызвало их трансформацию. Но Сара Херли и ее коллеги считают, что они приблизились к ответу, делая упор на исследования природных и на генном уровне измененных цианобактерий. Команда докладывает, что эти древнейшие бактерии, может быть, свободно плавали в открытом океане и напоминали современную форму жизни, именуемую бета-цианобактериями.
Дышите поглубже
Цианобактерии в истинное время создают около четверти кислорода, поступающего из Мирового океана.
Один из секретов их фуррора может заключаться в карбоксисомах – крохотных, выстланных белком отсеках, которые плавают снутри всех {живых} цианобактерий. Эти кармашки имеют актуально принципиальное значение, позволяя бактериям концентрировать молекулы углекислого газа в собственных клеточках.
«Способность копить углерод дозволяет цианобактериям жить при вправду низких современных концентрациях углекислого газа в контексте истории Земли», – отметили создатели исследования.
Клеточки цианобактерий под микроскопом. Credit: Josef Reischig
Но до Кислородной катастрофы все было по-другому. Уровни углекислого газа в атмосфере были в 100 раз выше, чем сейчас, а кислород практически отсутствовал. По данной для нас причине длительное время числилось, что древнейшие мельчайшие организмы обходились без карбоксисом.
Воскрешение зомби-микробов
Команда исследовала два типа цианобактерий, культивированных в среде, приближенной к условиям старой Земли. Первым видом были бета-цианобактерии, которые сейчас всераспространены в океанах. Но ученые также добавили новейший поворот в исследование. Они попробовали «оживить» древнейшую цианобактерию, использовав генную инженерию для сотворения особенного типа микробов, не имеющего карбоксисом.
Изображение клеток цианобактерий. Современная клеточка (слева) содержит карбоксисомы, которые концентрируют ферменты (зеленоватый цвет), перерабатывающие углекислый газ. Клеточка справа сотворена при помощи генной инженерии, и, как числилось, припоминает древнейшие цианобактерии, у каких отсутствуют карбоксисомы. Credit: Nicholas C. Hill and Jeffrey C. Cameron
Различные типы цианобактерий предпочитают всасывать различные изотопы атомов углерода. В итоге, когда они вырастают, погибают и распадаются, организмы оставляют опосля себя разные хим признаки в старых осадочных породах.
«Мы думаем, что цианобактерии возникли млрд годов назад. Сейчас мы можем осознать, что они делали и где обитали, поэтому что у нас есть записи о их метаболизме», – объяснила Сара Херли.
Но когда исследователи исследовали метаболизм выращенных ими культур, они нашли кое-что необычное: их цианобактерии-зомби, похоже, не производили хим сигнатуру, которая соответствовала бы следам изотопов углерода, ранее наблюдаемых в записях горных пород. Практически, более возможно, что эти признаки оставили конкретно бета-цианобактерии, имеющиеся по сей денек.
Иными словами, команда, возможно, натолкнулась на живое ископаемое, которое пряталось у всех на виду. И, по их словам, разумеется, что цианобактерии, жившие приблизительно во время Величавого действия оксигенации, вправду имели структуру, похожую на карбоксисому. Она могла посодействовать клеточкам оградить себя от возрастающей концентрации кислорода в воздухе.
«Наша работа открывает окно в то время, когда на Земле правили одноклеточные организмы. Сейчас у нас есть еще наилучшее представление о том, как выглядели древнейшие цианобактерии и где они обитали. А это значит, что мы можем приступить к тестам, которые дозволят найти, на что была похожа жизнь в океане 2 млрд годов назад», – заключили создатели исследования.