Zemlja nije oduvijek izgledala kao današnji plavo-zeleni svijet. U njenim ranim fazama, nivo kisika bio je i do milion puta niži nego danas – nije bilo šuma, ni životinja, a za tadašnje organizme kisik je bio otrovan. Kako je tada izgledao život? Odgovor na to pitanje pokušava da pronađe nova studija koju je vodila Fatima Li-Hau, tada studentica postdiplomskih studija na Institutu za nauku o Zemlji i životu (ELSI) pri Tokijskom institutu za nauku, pod mentorstvom profesora Shawna McGlynna. Istraživači su proučavali izvore tople vode bogate željezom u Japanu, koji oponašaju hemijski sastav praoceana iz vremena kada je Zemljina atmosfera počela da se obogaćuje kisikom. Njihovi rezultati pokazuju da su rane mikrobne zajednice koristile željezo zajedno s kisikom koji su oslobađali fotosintetski mikrobi – stvarajući prelazni ekosistem u kojem je život pretvarao otpadni produkt jedne vrste u novi izvor energije, prije nego što je fotosinteza postala dominantna.
Takvo „Veliko kiseoničko događanje“ (Great Oxygenation Event – GOE) desilo se prije oko 2,3 milijarde godina, kada su cijanobakterije počele da koriste sunčevu svjetlost za razlaganje vode, pri čemu su oslobađale kisik. Taj proces trajno je promijenio sastav Zemljine atmosfere, koja danas sadrži oko 78% azota i 21% kisika. Za nas je to osnova života, ali za tadašnje mikrobe – bio je izazov. Kako su se ti drevni oblici života prilagodili kisiku, i dalje je jedno od ključnih naučnih pitanja.
Da bi to istražili, naučnici su analizirali pet japanskih vrela – jedno u Tokiju, dva u Akiti i dva u prefekturi Aomori – čija je voda prirodno bogata željezom u obliku Fe²⁺. Takvi uslovi su rijetki danas jer željezo brzo reaguje s kisikom i prelazi u nerastvorivi oblik Fe³⁺. Međutim, u tim izvorima voda i dalje sadrži mnogo željeza, malo kisika i neutralan pH – gotovo identične uslove onima u ranim okeanima.
„Ova vrela bogata željezom predstavljaju jedinstvenu prirodnu laboratoriju za proučavanje mikroba pod uslovima sličnim onima na ranoj Zemlji,“ objašnjava profesor McGlynn.
U četiri od pet vrela, dominirale su bakterije koje oksidišu željezo u uslovima s malo kisika, dok su fotosintetske cijanobakterije bile prisutne u manjem broju. Istraživači su pomoću genetske analize identifikovali više od 200 mikrobnih genoma, otkrivši složene procese kruženja ugljika, azota i sumpora. Zanimljivo je da su pronašli tragove djelomičnog ciklusa sumpora, iako u vodi gotovo da nije bilo sumpornih spojeva – što ukazuje na „skriveni“ proces recikliranja sumpora koji još nije u potpunosti objašnjen, piše ScienceDaily.
„Bez obzira na razlike u hemiji vode i sastavu mikroba, vidimo isti obrazac: u prisustvu željeza i malo kisika, zajednice mikroba koje koriste željezo, fotosintetskih organizama i anaeroba opstaju zajedno i održavaju gotovo savršeno uravnotežene biogeokemijske cikluse,“ kaže Li-Hau.
Njihovi rezultati mijenjaju razumijevanje ranih ekosistema: izgleda da su mikrobi koristili energiju iz oksidacije željeza i kisika koji su stvarali prvi fotosintetski organizmi. Slično današnjim japanskim vrelima, i rani okeani mogli su biti dom različitih mikroba koji su zajedno održavali ravnotežu u svijetu koji je tek počeo „disati“.
Ovo istraživanje ne samo da produbljuje naše razumijevanje porijekla života na Zemlji, već i pomaže u potrazi za životom na drugim planetama sličnih geoloških uslova.