Жизнь в первичном море Земли страдала от дефицита сульфатов
Согласно исследованию, опубликованному на этой неделе в журнале Science, в древних океанах Земли содержалось гораздо меньше сульфатов — ключевого биологического питательного вещества, — чем считалось ранее.
Эти данные формируют новую картину ранней биосферы нашей планеты и примитивной морской жизни. Сера необходима организмам как питательное вещество и играет центральную роль в регуляции химического состава атмосферы и глобального климата.
"Наши результаты составляют лишь долю от прежних оценок и в тысячи раз ниже современных уровней в морской воде", — говорит Шон Кроу, ведущий автор исследования и доцент кафедр микробиологии и иммунологии, а также наук о Земле, океане и атмосфере в Университете Британской Колумбии.
"При таких следовых количествах сульфат был бы плохо перемешан и недолговечен в океанах, и этот дефицит сульфата определял бы природу, активность и эволюцию ранней жизни на Земле".
Исследователи из Университета Британской Колумбии, Университета Южной Дании, Калифорнийского технологического института, Университета Миннесоты в Дулуте и Университета Мэриленда использовали новые методы и модели для калибровки "отпечатков" бактериального метаболизма серы в озере Матано в Индонезии — современном озере с химическим составом, схожим с ранними океанами Земли.
Измерив эти "отпечатки" в породах старше 2,5 миллиардов лет, они обнаружили, что содержание сульфата было в 80 раз ниже, чем предполагалось ранее. Более чувствительный метод анализа изотопов серы предоставляет мощный инструмент для поиска следов серного метаболизма в глубокой истории Земли или на других планетах, таких как Марс.
Новые результаты показывают, что уровни сульфата в архейскую эру, вероятно, составляли менее 2,5 микромоль, что в тысячи раз ниже современных значений. Ранее предполагалось, что они могли быть около 200 микромоль — концентраций, при которых сера всё ещё была бы доступна для ранней морской жизни.
Исследователи использовали современные масс-спектрометрические методы, разработанные в Калифорнийском технологическом институте, чтобы показать, что микроорганизмы фракционируют изотопы серы при концентрациях на порядки величины ниже, чем считалось ранее. Команда применила эти методы к образцам из озера Матано, современного аналога бедных сульфатом архейских океанов.
"Новые измерения в этих уникальных современных условиях позволяют нам использовать численные модели для реконструкции химического состава древних океанов с беспрецедентной точностью", — говорит Сергей Кацев, доцент Обсерватории больших озёр Университета Миннесоты в Дулуте. Используя модели, основанные на данных об изотопном фракционировании серы в озере Матано, учёные создали новую калибровку для фракционирования изотопов серы, применимую к океанам Земли на протяжении всей её истории.