Учёные из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (LMU) совершили прорыв: они смогли воссоздать в лаборатории древнейший процесс обмена веществ, который, вероятно, использовали первые живые организмы на Земле 4–3,6 миллиарда лет назад. Исследование, опубликованное в журнале Nature Ecology & Evolution, проливает свет на то, как зарождалась жизнь в экстремальных условиях молодой Земли.

Представьте себе Землю миллиарды лет назад: горячие океаны, полные растворённого железа, и подводные вулканы — так называемые «чёрные курильщики». Именно в таких условиях, по мнению учёных, появились первые клетки. Они питались водородом, выделяя метан, и любили тепло. Чтобы проверить эту теорию, команда под руководством профессора Уильяма Орси создала в лаборатории мини-версии «чёрных курильщиков».

В эксперименте учёные смоделировали химические реакции между железом и серой при высоких температурах. В результате образовались минералы, такие как макинавит (FeS) и грейгит (Fe3S4), а также выделился водород (H2). Эти условия напоминали те, что существуют сегодня на дне океана вблизи гидротермальных источников, но с важным отличием — древние океаны были насыщены железом.

Для эксперимента использовали архею Methanocaldococcus jannaschii — одноклеточный организм, который обитает в экстремальных условиях гидротермальных источников и служит моделью для изучения древнего метаболизма. Учёные ожидали, что архея покажет лишь небольшой рост, ведь в эксперимент не добавляли никаких питательных веществ, витаминов или микроэлементов. Но результат поразил всех: архея не только выжила, но и росла экспоненциально!

«Мы увидели, что археи активно использовали водород, который выделялся при реакциях железа и серы, как источник энергии», — объяснила Ванесса Хельмбрехт, ведущий автор исследования. Клетки держались рядом с частицами макинавита, что подтверждает находки окаменелостей: в древних отложениях таких минералов учёные находили следы первых микробов.

Исследователи пришли к выводу, что около 4 миллиардов лет назад химические реакции с участием минералов железа и серы создавали достаточно энергии для первых клеток. Этот процесс, называемый метаногенезом, стал основой для водородного метаболизма древнейших микробов и считается самым старым способом получения энергии в истории эволюции.

Учёные не остановились на этом. Теперь они хотят узнать, могут ли такие процессы происходить за пределами Земли. Их внимание привлёк Энцелад — спутник Сатурна, где, по данным NASA, могут быть гидротермальные источники в подлёдном «содовом океане». «В следующем исследовании мы смоделируем условия Энцелада и проверим, смогут ли археи там выжить и расти», — делится планами Хельмбрехт.

Это открытие не только помогает понять, как зарождалась жизнь на Земле, но и открывает новые горизонты для поиска жизни во Вселенной.