Ученые Университета штата Монтана обнаружили новую родословную микробов, живущих в термальных условиях Йеллоустонского национального парка, что проливает свет на происхождение жизни, эволюцию жизни архей и важность железа в ранней жизни.
Профессор Уильям Инскип и его команда исследователей опубликовали свои выводы 14 мая в научном журнале Nature Microbiology.
«Открытие архейных линий имеет решающее значение для нашего понимания универсального древа жизни и эволюционной истории Земли», - написала группа.«Геохимически разнообразная термальная среда в Йеллоустонском национальном парке предоставляет беспрецедентные возможности для изучения архей в местах обитания, которые могут представлять собой аналоги ранней Земли».
Археи - одна из трех областей жизни, остальные - бактерии и эукариоты. Как и бактерии, археи - одноклеточные организмы. Домен эукариот содержит более клеточно сложные организмы, такие как люди, другие животные, растения и грибы.
Ученые назвали новую линию архей Marsarchaeota в честь Марса, красной планеты, потому что эти организмы процветают в средах обитания, содержащих оксиды железа. В пределах Марсархеоты они обнаружили две основные подгруппы, которые живут по всему Йеллоустоуну и процветают в горячей кислой воде, где основным минералом является оксид железа. Одна подгруппа живет в воде с температурой выше 122 градусов по Фаренгейту, а другая живет в воде с температурой выше 140-176 градусов. Вода такая же кислая, как грейпфрутовый сок. Их микробные маты красные из-за оксида железа.
«Интересно, что среда обитания этих организмов содержит (железо) минералы, подобные тем, которые найдены на поверхности Марса», - сказал Инскип.
Он добавил, что микробы производят оксид железа, а Марсархеоты - нет. Они могут быть вовлечены в восстановление железа в более простую форму, «что важно с точки зрения ранней Земли. Было установлено, что круговорот железа чрезвычайно важен в условиях ранней Земли».
Марсархеоты живут довольно глубоко в микробных матах, но им по-прежнему требуется низкий уровень кислорода, сказал Инскип. Подгруппы настолько многочисленны, что вместе они могут составлять до половины организмов, живущих в одном микробном мате.
Ученые изучали микробные маты по всему Йеллоустоуну. Микроорганизмы в этих «микробных бобровых плотинах» производят оксид железа, который создает террасы, которые, в свою очередь, блокируют потоки. По мере того как вода (толщиной всего в пару миллиметров) течет по террасам, кислород захватывается из атмосферы и поступает в Марсархеоту.
«Физика идет рука об руку с химией и микробиологией», - сказал Инскип. «Это похоже на золотую середину условий, которые нравятся этой группе организмов».
В дополнение к изучению жизни на ранней Земле и потенциалу жизни на Марсе, Inskeep заявил, что исследование может помочь ученым лучше понять высокотемпературную биологию.
«Знание об этой новой группе архей дает дополнительные кусочки головоломки для понимания высокотемпературной биологии», - сказал он. «Это может быть важно в промышленности и молекулярной биологии».
Работа, результатом которой стала статья Nature Microbiology, стала кульминацией исследований, проводившихся за последнее десятилетие, сказал Инскип, изучавший геохимию и микробиологию высокотемпературной среды Йеллоустона в течение последних 20 лет. Инскип - профессор геомикробиологии на кафедре земельных ресурсов и наук об окружающей среде Сельскохозяйственного колледжа МГУ и соучредитель Института термобиологии МГУ.
Ведущие авторы статьи в журнале Nature Microbiology получили докторские степени в МГУ и участвовали в программе NSF по интегративному обучению и исследовательской стажировке (IGERT) во время учебы в МГУ. Закари Джей в настоящее время является постдокторантом кафедры химической и биологической инженерии Инженерного колледжа Норма Асбьорнсона и Центра инженерии биопленок МГУ. Джейкоб Бим в настоящее время является постдокторантом в Лаборатории наук об океане Бигелоу в Ист-Бутбей, штат Мэн..
"В конце концов, после многих лет работы, это волнительно и приятно, что работа нашей команды признана и опубликована, особенно в авторитетном журнале", - сказал Джей.
Другими соавторами были Менсур Длакич из кафедры микробиологии и иммунологии МГУ в Колледже литературы и науки и Колледже сельского хозяйства; Дуглас Руш из Центра биоинформатики Университета Индианы; и Марк Козубал из Института термобиологии, Департамента земельных ресурсов и наук об окружающей среде МГУ и Устойчивых биопродуктов в Бозмане.
Исследование в Йеллоустоне было совместным проектом Института термобиологии, Сельскохозяйственной экспериментальной станции Монтаны (MAES) и Йеллоустонского центра ресурсов (Служба национальных парков). Финансирование поступило от IGERT, Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и MAES. Объединенный институт генома Министерства энергетики США в Уолнат-Крик, Калифорния, спонсировал генетическое секвенирование.