Mikrobi: Nevidljivi pokretači Zemljine evolucije

Foto: Shuttertsock

Naučnici podržani od strane NASA-e ispitivali su dugu i složeno povezanu istoriju mikrobnog života i Zemljinog okruženja. Pregledom trenutnog stanja znanja u oblastima kao što su mikrobiologija, molekularna biologija i geologija, studija se bavi načinom na koji su mikroorganizmi oblikovali i bili oblikovani hemijskim osobinama okeana, kopna i atmosfere na našoj planeti. Studija kombinuje podatke iz više oblasti i raspravlja o tome kako informacije o složenoj istoriji života na našoj planeti iz jedne oblasti ne mogu biti posmatrane izolovano, piše SciTech Daily.

Prvi život na Zemlji bio je mikrobni. Najstariji fosili mikrobnog života datiraju pre oko 3,5 milijardi godina. Danas veliku većinu biomase na našoj planeti čine sitni, jednoćelijski mikroorganizmi. Iako su obilni, istorija mikroba može biti izazov za proučavanje astrobiologa. Mikroorganizmi ne ostavljaju iza sebe kosti, školjke ili druge velike fosile kao dinosaurusi, ribe ili drugi veliki organizmi. Zbog toga naučnici moraju da traže drugačije dokaze kako bi razumeli evoluciju mikrobnog života kroz vreme.

Preporučujemo

Da bi proučavali drevne mikrobe na Zemlji, astrobiolozi traže izotopske tragove u stenama koje se mogu koristiti za identifikaciju metabolizama drevnih zajednica. Metabolizam se odnosi na pretvaranje hrane u energiju i dešava se u svim živim bićima. Mnogi elementi (kao što su ugljenik, azot, sumpor, gvožđe) uključeni su u mikrobni metabolizam. Kako mikroorganizmi obrađuju ove elemente, oni izazivaju izotopske promene koje naučnici mogu uočiti u stenama. Mikroorganizmi takođe pomažu u kontroli načina na koji se ovi elementi talože i cikliraju u okruženju, utičući na geologiju i hemiju na lokalnim i globalnim razmerama (uzmite u obzir ulogu mikroba u ciklusu ugljenika na Zemlji danas).

Drugi način za proučavanje drevnog mikrobnog života je da se istraži evolucijska informacija sadržana u genima današnjeg života. Kombinovanjem ovih genetičkih informacija iz molekularne biologije sa geobiološkim informacijama iz stena, astrobiolozi mogu razumeti veze između zajedničke evolucije rane Zemlje i ranog života.

Za primer geološkog dokaza mikrobnog metabolizma, možemo uzeti u obzir formiranje trakastih železnih formacija (BIFs) na drevnom morskom dnu. Ovi šareni slojevi naizmenično bogati gvožđem i silicijumom formirani su pre 3,8 milijardi do 1,8 milijardi godina i povezani su sa nekim od najstarijih stenskih formacija na Zemlji. Crvena boja stena proizilazi od visokog sadržaja gvožđa, pokazujući nam da su okeani Zemlje bili bogati gvožđem tokom dve milijarde godina u kojima su se ove stene formirale.

U novoj studiji, tim istraživača daje pregled trenutnog znanja, prikupljajući informacije o ranim metabolizmima koje je koristio mikrobni život, vremenu kada su se ti metabolizmi razvili i kako su ti procesi povezani sa glavnim hemijskim i fizičkim promenama na Zemlji, kao što su oksigenacija okeana i atmosfere.

Tokom vremena, prisustvo kiseonika na Zemlji se dramatično menjalo, u okeanu, atmosferi i na kopnu. Ove promene uticale su i na evoluciju biosfere i na okruženje. Na primer, kako su fotosintetički organizmi povećavali nivoe kiseonika u atmosferi, stvarali su nova okruženja za mikrobni život. Fotosintetički mikroorganizmi su odigrali ključnu ulogu u oksigenaciji atmosfere, omogućavajući razvoj složenijeg života. Različiti hranjivi sastojci postali su dostupni životu za rast. U isto vreme, mikroorganizmi koji nisu mogli preživeti u prisustvu kiseonika morali su da se prilagode, nestanu ili pronađu način da prežive u okruženjima gde kiseonik nije bio prisutan, kao što su duboke podzemne oblasti.

Nova studija objašnjava naše razumevanje kako su se nivoi kiseonika menjali kroz vreme i prostorne skale. Autori mapiraju različite tipove mikrobnih metabolizama, kao što je fotosinteza, na ovu istoriju kako bi bolje razumeli odnos uzroka i posledica između kiseonika i evolucije života na Zemlji. Rad pruža važan kontekst za velike promene u toku evolucije biosfere i planete.

Pažljivim razmatranjem istorije različitih tipova mikrobnih metabolizama na Zemlji, istraživanje pokazuje kako su biogeohemijski ciklusi na našoj planeti neraskidivo povezani kroz vreme na lokalnim i globalnim razmerama. Autori takođe raspravljaju o značajnim prazninama u našem znanju koje ograničavaju tumačenja. Na primer, ne znamo kolika je bila mlada biosfera na Zemlji, što ograničava našu sposobnost da procenimo globalne efekte različitih metabolizama tokom najranijih godina Zemlje.

Slično, kada koristimo genetske informacije da bismo istražili drvo života unazad, naučnici mogu proceniti kada su se određeni geni prvi put pojavili (i time koji tipovi metabolizama su mogli biti korišćeni u to vreme u živim ćelijama). Međutim, evolucija novog tipa metabolizma u određenom trenutku istorije ne znači nužno da je taj metabolizam bio uobičajen ili da je imao dovoljno veliki efekat u okruženju da bi ostavio dokaze u stenskom zapisu.

Prema autorima, istorija mikrobnog života kretala se u korak sa istorijom okeana, kopna i atmosfere, a naše razumevanje ostaje ograničeno koliko još ne znamo o okruženjima rane Zemlje.

Studija takođe ima šire implikacije u potrazi za životom van Zemlje. Razumevanje koevolucije života i okruženja može pomoći naučnicima da bolje razumeju uslove neophodne za nastanjivost planete. Razumevanje mikrobne evolucije na Zemlji može nam pomoći da identifikujemo potencijalne tragove života na drugim planetama, kao što je Mars. Povezanosti između života i okruženja takođe pružaju važne tragove u potrazi za biosignaturnim gasovima u atmosferama planeta koje orbitiraju udaljene zvezde.

Istraživanje koje povezuje istoriju mikrobnog života sa evolucijom Zemljinog okruženja ne samo da rasvetljava prošlost naše planete, već pruža i ključne uvide za buduća istraživanja, kako na Zemlji, tako i u svemiru. Razumevanje tih prastarih procesa pomaže nam da shvatimo kako je život mogao nastati i opstati, pružajući dragocene informacije u potrazi za vanzemaljskim životom.

(Telegraf Nauka / SciTech Daily)