Древний рецепт жизни воссоздан: Ученые нашли «энергетик», который запустил жизнь на Земле
Представьте себе молодую Землю, около четырех миллиардов лет назад. Пейзаж, мягко говоря, недружелюбный: бушующие вулканы, атмосфера без кислорода, океаны, насыщенные растворенным железом. И все же, именно в таких, казалось бы, бесперспективных условиях зародилась жизнь. Но как? Откуда первые, самые примитивные клетки брали энергию для своего существования, когда еще не было ни солнечного света для фотосинтеза, ни других организмов для поедания? Ответ, как это часто бывает в науке, оказался спрятан глубоко — на дне древнего океана, у геотермальных источников.
Подводные «кухни» жизни
Современные гидротермальные источники, известные как «черные курильщики», — это своего рода окна в прошлое. Из разломов в морском дне бьют горячие, насыщенные минералами струи воды. Вокруг них кипит жизнь, основанная не на солнечном свете, а на химической энергии, заключенной в недрах планеты. Ученые давно предполагали, что похожие, но еще более древние системы могли стать колыбелью жизни.
Ключевое отличие древних океанов — обилие растворенного железа. И вот команда исследователей из Университета Людвига-Максимилиана (LMU) в Мюнхене под руководством профессора Уильяма Орси решила воссоздать эти условия в лаборатории. Их цель была амбициозна: проверить, могли ли простые геохимические реакции дать достаточно «топлива» для первых живых организмов.
Машина времени в пробирке
Ученые создали миниатюрные «черные курильщики» прямо в лаборатории. Они смешали соединения железа и серы в условиях, имитирующих раннюю Землю — высокая температура и давление. Как и предполагалось, начали происходить химические реакции: железо и сера соединялись, образуя минералы вроде макинавита и грейгита. Но самое главное — в процессе этих неорганических реакций выделялся газообразный водород (H₂).
Водород — это очень простой, но эффективный источник энергии для некоторых микроорганизмов. И вот тут на сцену выходит главный герой эксперимента — архея Methanocaldococcus jannaschii.
Неожиданный гость за древним столом
Археи — это особая группа одноклеточных организмов, не бактерии и не эукариоты (к которым относимся мы с вами). Они считаются одними из древнейших форм жизни на Земле. M. jannaschii — настоящий экстремал: он обожает высокие температуры и обитает как раз у современных гидротермальных источников. А еще он умеет использовать водород для своей жизнедеятельности, производя при этом метан. Этот процесс называется метаногенезом и идет по древнему метаболическому пути ацетил-КоА, который, как считают ученые, был одним из первых «энергетических двигателей» жизни.
Исследователи поместили этих архей в свои лабораторные «черные курильщики», где вовсю шли реакции с выделением водорода. И результат превзошел все ожидания. «Мы думали, что увидим лишь небольшой рост, ведь мы не добавляли никаких питательных веществ или витаминов», — рассказывает Ванесса Хельмбрехт, ведущий автор исследования. Но археи не просто выжили — они начали активно размножаться, почти как на дрожжах! Их гены, отвечающие за переработку водорода и производство метана, работали на полную мощность.
Получается, что простые реакции между железом и серой, происходившие на молодой Земле, могли генерировать достаточно водорода, чтобы обеспечить энергией целые микробные сообщества. Никакой сложной органики, никаких других организмов — только геология и простейший метаболизм.
Связь времен и миров
Этот эксперимент — не просто красивая лабораторная демонстрация. Он подтверждает давние гипотезы и подкрепляет их новыми данными. Во-первых, палеонтологи находят ископаемые остатки древнейших микробов именно в геологических породах, богатых сульфидами железа — теми самыми минералами, что образовывались в эксперименте LMU. Теперь понятно, почему микробы «селились» именно там — рядом с источником энергии.
Во-вторых, это исследование указывает на то, что метаногенез, основанный на абиотически (то есть без участия живых организмов) произведенном водороде, может быть самым древним способом получения энергии в истории земной жизни. Это фундаментальный сдвиг в понимании того, как жизнь могла стартовать.
Но ученые LMU смотрят еще дальше — за пределы Земли. Условия, похожие на те, что были воссозданы в лаборатории, могут существовать и на других небесных телах. Один из главных кандидатов — Энцелад, ледяной спутник Сатурна. Под его толстой ледяной корой скрывается глобальный океан жидкой воды, который, как предполагается, контактирует со скалистым ядром. А значит, там вполне могут существовать гидротермальные источники, подобные земным.
«Наш следующий шаг — смоделировать условия Энцелада и проверить, смогут ли наши археи выжить и там», — делится планами Хельмбрехт. Если ответ будет положительным, это значительно повысит шансы на обнаружение жизни за пределами нашей планеты.
Таким образом, простое смешивание железа и серы в горячей воде, возможно, стало тем самым «первотолчком», который запустил биологическую эволюцию на Земле. И кто знает, может быть, этот же незамысловатый геохимический «рецепт» сработал и в других уголках Вселенной. Поиск ответа продолжается.
