Без кислорода первые микробы Земли использовали мышьяк для поддержания жизни

Большая часть современной жизни на Земле зависит от кислорода, но до его появления в атмосфере древние формы жизни, вероятно, использовали вместо него мышьяк. К такому выводу пришли авторы исследования, опубликованного в журнале Communications Earth and Environment.

Ведущий автор работы, профессор морских наук и геонаук Университета Коннектикута Питер Висчер, поясняет, что кислород служит переносчиком электронов в метаболических процессах. Однако в течение первых 1,5 миллиардов лет существования жизни на Земле кислорода не было, и механизмы работы экосистем того времени оставались неясными. Свидетельства светозависимого фотосинтеза в летописи окаменелостей — строматолиты — датируются возрастом около 3,7 млрд лет. Ранее основные теории предполагали использование водорода, серы или железа в качестве переносчиков электронов, но каждая из них имеет серьёзные противоречия.

Мышьяк рассматривался как одна из теоретических возможностей, а первые доказательства его роли были найдены в 2008 и 2014 годах. Чтобы подтвердить эту теорию, учёным требовалось найти современный аналог древних экосистем для изучения биогеохимических циклов. Такой аналог был обнаружен в виде активных микробных матов в бескислородных условиях высокогорной лагуны Ла-Брава в пустыне Атакама в Чили. Эти маты существуют в суровых условиях с резкими перепадами температур и высоким уровнем УФ-излучения, аналогичных условиям ранней Земли.

«Вода, которая протекает над матами, содержит вулканический сероводород и очень богата мышьяком. Кислорода там абсолютно нет», — объясняет Висчер. Исследование показало, что маты образуют карбонатные отложения, создавая новое поколение строматолитов, и в этих карбонатах обнаружены свидетельства цикла мышьяка. Это доказывает, что микробы активно используют мышьяк в метаболизме в качестве переносчика электронов, подобно тому, как современные системы используют кислород.

«Я работаю с микробными матами около 35 лет. Это единственная система на Земле, где я нашёл микробный мат, функционирующий абсолютно в отсутствие кислорода», — отмечает Висчер. Он также добавляет, что инструменты, аналогичные установленным на марсоходе Perseverance, который ищет следы жизни на Марсе, использовались в этой работе: «В поисках доказательств жизни на Марсе они будут изучать железо, но, вероятно, им также следует обратить внимание и на мышьяк».