Pirmiausios gyvybės formos Žemėje energiją pasisavindavo iš geocheminių reakcijų. Tokį procesą Miuncheno LMU tyrėjams pavyko atkurti laboratorijos sąlygomis. Tai gali būti vienas reikšmingiausių žingsnių siekiant suprasti, kaip iš viso atsirado gyvybė mūsų planetoje.
Remdamiesi fosilijų įrodymais ir senovinių genų analize, mokslininkai padarė išvadą, kad visos gyvybės protėvis Žemėje gyveno šiltose aplinkose, kaip energijos šaltinį naudojo vandenilį, o šalutinis jo metabolizmo produktas buvo metanas.
Vienas iš pagrindinių šių procesų yra acetil-KoA kelias, kuris egzistuoja iki šiol ir pastebimas daugybėje mikroorganizmų. Profesoriaus Williamo Orsi vadovaujama LMU Žemės ir aplinkos mokslų katedros komanda imitavo sąlygas, kurios galėjo egzistuoti Žemėje prieš 4–3,6 mlrd. metų.
Tyrėjai atkūrė vadinamuosius „juoduosius rūkstančius“ (angl. black smokers) – hidrotermines angas vandenyno dugne, kuriose susidaro geocheminiai junginiai. Tačiau svarbus skirtumas tas, kad tuometiniai vandenynai buvo daug turtingesni ištirpintu geležimi.
Laboratorijoje buvo suformuotos miniatiūrinės „cheminės sodų“ struktūros, kur aukštoje temperatūroje įvyko reakcijos tarp geležies ir sieros. Šių reakcijų metu susidarė geležies sulfido mineralai – makinavitas (FeS) ir greigitas (Fe₃S₄) – bei išsiskyrė vandenilio dujos (H₂), kurios tapo pagrindiniu energijos šaltiniu eksperimento metu.
Šiame geocheminiame sode tyrėjai įkurdino vienaląstį archėjos organizmą Methanocaldococcus jannaschii, kuris ne tik išgyveno be jokio papildomo maisto, bet ir ėmė augti gerokai sparčiau, nei tikėtasi.
„Tikėjomės tik menko augimo, nes prie terpės nepridėjome nei maistinių medžiagų, nei vitaminų ar mikroelementų,“ – pasakojo pagrindinė tyrimo autorė Vanessa Helmbrecht. „Tačiau archėjos ne tik aktyvavo acetil-KoA metabolizmo genus, bet ir pradėjo eksponentiškai daugintis.“
Šis organizmas, natūraliai aptinkamas vandenyno dugno hidroterminiuose šaltiniuose, pasižymi gebėjimu išlikti itin ekstremaliomis sąlygomis, kas daro jį idealiu modeliu tyrimams apie seniausias gyvybės formas.
Eksperimento paruošimas buvo vykdomas specializuotame Archaea centre Regensburgo universitete, padedant profesorei Dinai Grohmann ir dr. Robertui Reicheltui.
Vienaląsčiai organizmai eksperimento metu visada būdavo arti susidariusio makinavito. Šis atradimas atitinka ir geologinius duomenis, seniausiuose Žemės mineraluose su geležies sulfidu randami pirmųjų mikrobų fosilijų pėdsakai.
Tyrimo rezultatai leidžia daryti išvadą, kad prieš keturis milijardus metų vykusios geocheminės reakcijos, būtent geležies sulfido susidarymas, generavo pakankamai energijos pirmųjų ląstelių gyvybingumui palaikyti.
Tokiu būdu buvo suformuotas pagrindas vandeniliu pagrįstam metabolizmui – pačiam seniausiam žinomam energijos gavimo būdui evoliucinėje istorijoje.
Tai, kas pavyko Žemėje, gali būti įmanoma ir kitur. LMU geobiologai kelia klausimą: ar tokie metaboliniai procesai gali vykti ir kitose planetose ar mėnuliuose? Vienas iš realiausių kandidatų – Saturno palydovas Enceladas.
NASA jau seniai laiko Enceladą viena iš pagrindinių vietų, kur galėtų egzistuoti gyvybė, jo viduje slypi skystas vandenynas, o sąlygos tarp akmeninio branduolio ir ledo plutelės rodo galimą hidroterminę veiklą.
„Kitame tyrimo etape bandysime atkurti Encelado sąlygas laboratorijoje ir patikrinti, ar archėjos galėtų išgyventi bei daugintis tokioje aplinkoje,“ – teigia Helmbrecht.
