Метаногены. Об атмосфере ранней Земли

Ученые пришли к выводу, что метан-продуцирующие микробы существовали уже 3,5 миллиарда лет назад, и могли способствовать глобальному потеплению

О бактериях древней Земли

Древние формы жизни, скорее всего, обладали метаболизмом, который трансформировал атмосферу ранней Земли, запустив углеродный цикл и сформировал большую часть кислорода планеты посредством фотосинтеза. Около 3,5 миллиарда лет назад Земля, похоже, уже была покрыта жидкими океанами, но Солнце в то время не было достаточно ярким и теплым, чтобы растопить лед. Для объяснения того, как океаны смогли остаться незамерзшими, было высказано предположение, что парниковые газы, такие как метан, нагревали раннюю атмосферу, как это происходит в условиях глобального потепления.

Естественно встречающийся на Земле метан в основном производится группой микробов, метаногенными археями, метаболизм которых называется метаногенезом. Несмотря на наличие некоторых данных, полученных при анализе изотопов углерода возрастом 3,5 миллиарда лет, указывающих на то, что источники метана, возможно, были биологическими по происхождению, до сих пор не было убедительных доказательств тому, что метан-продуцирующие микробы существовали в этот период истории Земли, и были ответственны за сохранение ранней Землю достаточно теплой.

В статье, опубликованной в журнале Nature Ecology and Evolution, Джо Вулф, ученый Отдела Земли, Атмосферной и Планетарной Наук (EAPS) Массачусетского технологического института, и Григорий Фурнье, доцент EAPS, сообщают о новой работе, сочетающей исследования горизонтального переноса генов с микробными следами ископаемых, что позволило им оценить абсолютные возрасты для микробов, продуцирующих метан на геологическом графике.

Палеонтология встречается с генетикой

Вулф – палеонтолог, специализирующийся на том, что изучает связи ископаемых и живых видов животных в древе жизни. Фурнье специализируется на изучении того, как геномы живых организмов могут быть использованы для изучения ранней эволюции микробов. Решение этой головоломки требовало специалистов в обеих областях знаний.

«Анализ химических данных свидетельствует о том, что метан и микробы, которые его производили, могли присутствовать в образцах, но не понимали, действительно ли были обнаружены метаногенные археи», – говорит Вулф.

Чтобы проследить связь между ископаемыми и геномными данными, Вулф и Фурнье использовали геномы живых микробов, которые хранят историю своей ранней эволюции. Исследователи пояснили, что эти последовательности ДНК можно получить путем филогенетического анализа и сравнить друг с другом, чтобы найти лучшее ветвящееся «дерево», которое описывает их эволюцию. Когда ученые изучают это дерево, его ветви представляют собой все более древние линии родословных микробов, которые существовали в глубокой истории Земли. Изменения в этих ветвях можно измерить, создавая молекулярные часы, которые вычисляют скорость эволюции вдоль каждой ветви и, следовательно, вероятностную оценку относительного и абсолютного времени существования общих предков внутри дерева. Однако молекулярные часы требуют наличия окаменелостей метаногенов, которых нет.

Калибровка древа жизни

Чтобы решить эту задачу, Вулф и Фурнье использовали механизм горизонтальной передачи генов между предками разных групп организмов. В отличие от вертикальной передачи ДНК от родителя к потомству – именно так унаследовал большинство генов человек – горизонтальная передача может передавать гены между слабо эволюционно связанными микроорганизмами. Они обнаружили, что гены были переданы из группы метаногенных архей предку всех продуцирующих кислород фотосинтетических цианобактерий, некоторые окаменелости которых были обнаружены. Используя передачу генов и цианобактериальные окаменелости ученые смогли воссоздать молекулярные часы производителей метана и обнаружили, что микробы, продуцирующие метан, действительно были старше 3,5 миллиарда лет,

«Это первое исследование, в котором сочетаются передача генов и окаменелости для оценки абсолютных возрастов микробов на геологическом графике», – говорит Фурнье. «Знание возрастов микробных групп позволяет нам расширить новый подход к изучению других событий в ранней планетарной и экологической эволюции и, в конечном итоге, построить временные рамки для дерева всей жизни».

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Комментировать

Войти с помощью: 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: