Шагните в свою новую, микроскопическую машину времени. Ученые из Университета Колорадо в Боулдере обнаружили, что тип одноклеточного организма, живущего в современных океанах, может иметь много общего с формами жизни, которые существовали миллиарды лет назад-и которые коренным образом изменили планету.

Новое исследование, которое появится 6 января в журнале Science Advances, является последним исследованием жизни самых трудолюбивых микробов природы-цианобактерий.

Эти одноклеточные фотосинтезирующие организмы, также известные как" сине-зеленые водоросли", сегодня можно найти практически в любом крупном водоеме. Но более 2 миллиардов лет назад они взяли на себя дополнительную важную роль в истории жизни на Земле: в период, известный как "великое событие насыщения кислородом", древние цианобактерии произвели внезапный и драматический всплеск кислородного газа.

"Мы видим этот полный сдвиг в химии океанов и атмосферы, который также изменил эволюцию жизни", - сказала ведущий автор исследования Сара Херли, постдокторский научный сотрудник отделов геологических наук и биохимии. - Сегодня все высшие животные нуждаются в кислороде, чтобы выжить."

На сегодняшний день ученые до сих пор не знают, как могли выглядеть эти основополагающие микробы, где они жили или что вызвало их трансформацию земного шара.

Но Херли и ее коллеги считают, что они могли бы приблизиться к ответу, опираясь на исследования естественных и генетически модифицированных цианобактерий. Команда сообщает, что эти древние микробы, возможно, свободно плавали в открытом океане и напоминали современную форму жизни, называемую бета-цианобактериями.

Изучение их, по словам исследователей, открывает окно в то время, когда одноклеточные организмы правили Землей.

"Это исследование дало нам уникальную возможность сформировать и проверить гипотезы о том, как могла выглядеть древняя земля и какими могли быть эти древние организмы",-сказал соавтор Джеффри Камерон, доцент биохимии.

Сделайте вдох

Вы все еще можете доказать, что цианобактерии правят планетой. Херли отметил, что в настоящее время эти организмы производят около четверти кислорода, поступающего из Мирового океана.

Один из секретов их успеха может заключаться в карбоксисомах-или крошечных, выстланных белками отсеках, которые плавают внутри всех живых цианобактерий. Эти карманы имеют решающее значение для жизни этих организмов, позволяя им концентрировать молекулы углекислого газа в своих клетках.

"Способность концентрировать углерод позволяет цианобактериям жить при действительно низких концентрациях углекислого газа в контексте истории Земли", - сказал Херли.

До великого события окисления все было по-другому. Уровень углекислого газа в атмосфере, возможно, был в 100 раз выше, чем сегодня, а кислорода почти не было. По этой причине многие ученые долгое время предполагали, что древние микроорганизмы не нуждались в карбоксисомах для концентрирования углекислого газа.

- Цианобактерии сохранились в той или иной форме на протяжении двух миллиардов лет истории Земли, - сказала она. -Они могли бы действительно отличаться от сегодняшних цианобактерий."

Чтобы выяснить, насколько они были похожи, исследователи культивировали банки, наполненные ярко-зелеными цианобактериями, в условиях, напоминающих те, что были на Земле 2 миллиарда лет назад.

Херли объяснил, что различные виды цианобактерий предпочитают переваривать различные формы или "изотопы" атомов углерода. В результате, когда они растут, умирают и разлагаются, организмы оставляют различные химические следы в древних осадочных породах.

- Мы думаем, что цианобактерии существовали миллиарды лет назад, - сказала она. - Теперь мы можем узнать, чем они занимались и где жили в то время, потому что у нас есть запись их метаболизма."

Воскрешение зомби-микробов

В частности, команда изучала два различных типа цианобактерий. Они включали бета-цианобактерии, которые сегодня распространены в океанах. Но исследователи также добавили новый поворот в исследование. Они пытались вернуть древнюю цианобактерию из мертвых. Херли и ее коллеги использовали генную инженерию для создания особого типа микроорганизмов, у которых не было карбоксисом. Думайте об этом как о зомби-цианобактерии.

"У нас была возможность сделать то, что по сути было физиологическим воскрешением в лаборатории", - сказал Босуэлл Уинг, соавтор исследования и адъюнкт-профессор геологических наук.

Но когда исследователи изучили метаболизм их культур, они обнаружили нечто удивительное: их зомби-цианобактерии, казалось, не производили химическую сигнатуру, которая совпадала с сигнатурами изотопов углерода, которые ученые ранее видели в каменной летописи. На самом деле, наиболее подходящими для этих древних сигналов были, вероятно, бета-цианобактерии—все еще очень живые сегодня.

Другими словами, команда, похоже, наткнулась на живое ископаемое, которое пряталось на виду. И, по их словам, ясно, что цианобактерии, жившие примерно во время великого события оксигенации, действительно имели структуру, похожую на карбоксисому. Эта структура, возможно, помогла клеткам защитить себя от растущей концентрации кислорода в воздухе.

- То, что современные организмы могут походить на эти древние цианобактерии—это действительно противоречит здравому смыслу, - сказал Уинг.

Ученые, отмечают они, теперь имеют гораздо лучшее представление о том, как выглядели древние цианобактерии и где они жили. А это значит, что они могут начать проводить эксперименты, чтобы глубже проникнуть в то, какой была жизнь в океане 2 миллиарда лет.

- Вот неопровержимые доказательства из геологической летописи и модель организма, которая может пролить новый свет на жизнь на древней земле, - сказал Камерон.

ИСТОЧНИК