Недавнее исследование выявило неожиданный источник азота, оказавший существенное влияние на возникновение жизни на молодой Земле. Воссоздание древних атмосферных условий позволило оценить роль микробной фиксации азота в формировании биосферы.
Азот является критическим элементом для синтеза белков, однако большинство организмов не способно усваивать молекулярный азот (N₂) напрямую. Фиксация азота специализированными микроорганизмами превращает его в биодоступные соединения и обеспечивает жизнедеятельность как современных, так и древних организмов.
Ключевые вопросы исследований включали поиск источников азота на ранней Земле, механизмы его использования древними микроорганизмами и влияние дополнительного азота на эволюционные процессы, способствующие разнообразию жизни.
Под руководством д‑р Мишель Герингер из RPTU были изучены геохимические процессы, связанные с фиксацией азота в условиях, характерных для древней Земли. Специалист по геомикробиологии скрупулезно анализировала влияние изменённых атмосферных параметров на биохимические реакции микробов.
Команда д‑р Герингер разработала методику измерения соотношения стабильных изотопов азота 15N/14N посредством сжигания азотсодержащей биомассы и последующего анализа полученного газа. Ранее предполагалось, что микробы сохраняют одинаковое соотношение 15N/14N независимо от условий (например, при отсутствии кислорода и высоком содержании CO₂); экспериментальные данные, полученные при выращивании цианобактерий в анаэробной среде с высоким содержанием углекислого газа, подтвердили стабильность этого показателя.
Анализ древних стрaматолитов возрастом около 2,7 млрд. лет выявил дополнительный источник азота – растворённый аммоний, поступавший, вероятно, из гидротермальных активных зон на морском дне. Образцы нетронутых осадочных пород были измельчены в порошок и подвергнуты измерению изотопного состава азота. Совместная работа с д‑р Эшли Мартином из Northumbria University (Великобритания) и д‑р Евой Стюкэн из University of St Andrews (Великобритания) подтвердила, что гидротермальные источники внесли дополнительный вклад в обеспечение биодоступного азота.
Обнаружение гидротермально получаемого аммония позволяет пересмотреть прежние представления о том, что жизнь на ранней Земле была ограничена дефицитом биодоступного азота. Наличие дополнительного источника способствовало процветанию микроорганизмов как в мелководных, так и в глубоководных экосистемах, что в свою очередь определило развитие большого разнообразия современных организмов.
Полученные результаты демонстрируют, что процессы, подобные фиксированию азота на Земле, могут происходить и за её пределами. Факты гидротермальной активности, зафиксированные на Марсе и предполагаемые на ледяных спутниках внешней Солнечной системы, открывают возможность существования аналогичных биохимических путей для развития жизни на других небесных телах.
Выводы исследования опубликованы в журналах Nature Communications, Applied and Environmental Microbiology и Geology, что подчеркивает значимость полученных данных для понимания процессов, способствовавших зарождению и эволюции жизни на Земле и потенциально на других планетах.
Изображение носит иллюстративный характер
Азот является критическим элементом для синтеза белков, однако большинство организмов не способно усваивать молекулярный азот (N₂) напрямую. Фиксация азота специализированными микроорганизмами превращает его в биодоступные соединения и обеспечивает жизнедеятельность как современных, так и древних организмов.
Ключевые вопросы исследований включали поиск источников азота на ранней Земле, механизмы его использования древними микроорганизмами и влияние дополнительного азота на эволюционные процессы, способствующие разнообразию жизни.
Под руководством д‑р Мишель Герингер из RPTU были изучены геохимические процессы, связанные с фиксацией азота в условиях, характерных для древней Земли. Специалист по геомикробиологии скрупулезно анализировала влияние изменённых атмосферных параметров на биохимические реакции микробов.
Команда д‑р Герингер разработала методику измерения соотношения стабильных изотопов азота 15N/14N посредством сжигания азотсодержащей биомассы и последующего анализа полученного газа. Ранее предполагалось, что микробы сохраняют одинаковое соотношение 15N/14N независимо от условий (например, при отсутствии кислорода и высоком содержании CO₂); экспериментальные данные, полученные при выращивании цианобактерий в анаэробной среде с высоким содержанием углекислого газа, подтвердили стабильность этого показателя.
Анализ древних стрaматолитов возрастом около 2,7 млрд. лет выявил дополнительный источник азота – растворённый аммоний, поступавший, вероятно, из гидротермальных активных зон на морском дне. Образцы нетронутых осадочных пород были измельчены в порошок и подвергнуты измерению изотопного состава азота. Совместная работа с д‑р Эшли Мартином из Northumbria University (Великобритания) и д‑р Евой Стюкэн из University of St Andrews (Великобритания) подтвердила, что гидротермальные источники внесли дополнительный вклад в обеспечение биодоступного азота.
Обнаружение гидротермально получаемого аммония позволяет пересмотреть прежние представления о том, что жизнь на ранней Земле была ограничена дефицитом биодоступного азота. Наличие дополнительного источника способствовало процветанию микроорганизмов как в мелководных, так и в глубоководных экосистемах, что в свою очередь определило развитие большого разнообразия современных организмов.
Полученные результаты демонстрируют, что процессы, подобные фиксированию азота на Земле, могут происходить и за её пределами. Факты гидротермальной активности, зафиксированные на Марсе и предполагаемые на ледяных спутниках внешней Солнечной системы, открывают возможность существования аналогичных биохимических путей для развития жизни на других небесных телах.
Выводы исследования опубликованы в журналах Nature Communications, Applied and Environmental Microbiology и Geology, что подчеркивает значимость полученных данных для понимания процессов, способствовавших зарождению и эволюции жизни на Земле и потенциально на других планетах.
