Определение времени эволюции метаногенов

Ранние формы жизни, вероятно, имели метаболизмы, которые преобразовывали первоземную среду, например, инициируя углеродный цикл и производя большую часть кислорода планеты посредством фотосинтеза. Около 3,5 миллиардов лет назад Земля, по-видимому, уже была покрыта жидкими океанами, но солнце в то время было недостаточно ярким и тёплым, чтобы растопить лёд. Чтобы объяснить, как океаны оставались незамерзающими, было выдвинуто предположение, что парниковые газы, такие как метан, производили потепление в ранней атмосфере, подобно тому, как они это делают при современном глобальном потеплении.

В статье, опубликованной в журнале Nature Ecology & Evolution, Джо Вулф и Грегори Фурнье сообщают о новом исследовании, сочетающем данные о горизонтальном переносе генов с летописью микробных окаменелостей. Это позволило им оценить абсолютный возраст метан-продуцирующих микробов на геологической шкале времени.

Метан в природе в основном производится группой микробов — метаногенными археями — посредством метаболизма, называемого метаногенезом. Хотя некоторые данные по изотопам углерода указывают, что источники метана возрастом 3,5 миллиарда лет могли иметь биологическое происхождение, до сих пор не было надёжных доказательств, что метан-продуцирующие микробы существовали достаточно рано в истории Земли, чтобы быть ответственными за её обогрев.

Чтобы решить эту проблему, исследователи использовали горизонтальный перенос генов — обмен генетическим материалом между предками разных групп организмов. Они обнаружили, что гены были переданы от группы метаногенных архей общему предку всех производящих кислород цианобактерий, у которых есть окаменелости. Используя данные о переносе генов и окаменелостях цианобактерий вместе, они смогли ограничить и скорректировать молекулярные часы производителей метана. В результате было установлено, что метан-продуцирующие микробы действительно существовали более 3,5 миллиардов лет назад, что подтверждает гипотезу об их возможном вкладе в раннее глобальное потепление.

«Это первое исследование, сочетающее переносы генов и окаменелости для оценки абсолютного возраста микробов на геологической шкале времени, — говорит Грегори Фурнье. — Знание возраста микробных групп позволяет расширить этот мощный подход для изучения других событий в ранней планетарной и экологической эволюции и, в конечном итоге, построить шкалу времени для древа всей жизни».