Studiile asupra izvoarelor termale bogate în fier din Japonia oferă perspective noi despre modul în care primele comunităţi microbiene ar fi gestionat apariţia oxigenului. Cercetarea analizează ape cu concentraţii ridicate de fier feros şi oxigen redus, condiţii asemănătoare unor porţiuni ale oceanelor primitive. Rezultatele sugerează existenţa unor ecosisteme tranzitorii în care organismele valorificau fierul şi oxigenul produs de fototrofi, clarificând o etapă cheie în evoluţia biosferei.
Izvoare feruginose ca modele ale oceanelor primitive
Cercetătorii au studiat cinci izvoare termale japoneze cu ape bogate în fier feros şi oxigen scăzut. Aceste medii rare astăzi servesc ca analog pentru etapele târzii ale Eonului Arhaic şi începutul Proterozoicului. În majoritatea locaţiilor s-au găsit bacterii microaerofile care oxidează fierul feros pentru energie. În paralel au fost identificate Cianobacterii în număr mai redus, care generează oxigen prin fotosinteză. Astfel, comunităţile analizate arată cum oxigenul produs de fototrofi a fost folosit imediat de alte bacterii, transformând un produs rezidual într-o sursă de energie utilă.
Analiza metagenomică a permis reconstruirea a peste 200 de genomuri microbiene de calitate, oferind date despre potenţialele căi metabolice. Cercetătorii au descoperit sinergii între oxidarea fierului şi utilizarea limitată a oxigenului, ceea ce a permis coexistenta anaerobilor sensibili la oxigen. De asemenea, echipele au identificat gene implicate în cicluri ale carbonului şi azotului, şi dovezi pentru un ciclu sulfuros parţial. Prezenţa acestor procese într-un mediu cu compuşi sulfurici reduşi indică posibilitatea unui ciclu sulfuros „criptic”, în care microbii reciclează şi transformă sulfurile în moduri subtile şi complexe.
Condiţiile geo-chimice variabile între cele cinci izvoare au generat comunităţi uşor diferite ca structură, dar cu funcţii biogeochimice comparabile. În patru dintre izvoare predominau bacteriile oxidante de fier, iar într-unul din izvoarele din Akita metabolismele nelegate de fier erau mai frecvente. Această distribuţie arată că, în prezenţa fierului feros şi cantităţilor reduse de oxigen, ecosistemele microbiene pot atinge o funcţionalitate complexă şi stabilă. Astfel, mediile termale feruginoase reprezintă laboratoare naturale pentru înţelegerea strategiilor metabolice timpurii.
Rolul fotosintezei şi al ciclurilor biogeochimice în ecosisteme primitive
Evenimentul de oxigenare mare (GOE) a schimbat radical atmosfera terestră, dar adaptarea microbilor la oxigen a fost graduală. Fototrofi precum cianobacteriile au început să elibereze oxigen, care a fost folosit imediat de oxidantele de fier. Această interacţiune a creat un ecosistem tranzitoriu, în care oxigenul nu a devenit instantaneu omniprezent. Comunităţile studiate au demonstrat capacitatea de a menţine cicluri ale carbonului, azotului şi, posibil, ale sulfului, în condiţii restrânse de oxigen.
Metodele genomice permit detecţia enzimelor şi a căilor metabolice care susţin aceste procese. Prin combinarea datelor geochimice şi a genomurilor reconstructibile, cercetătorii pot estima cum au fost distribuite funcţiile ecologice în trecut. Rezultatele sugerează că oxidarea fierului, fotosinteza limitată şi metabolismul anaerob au coexistat, sculptând o tranziţie către o biosferă oxidată. Acest model are implicaţii pentru studiul originilor vieţii şi pentru căutarea vieţii pe alte planete cu condiţii geochimice similare.
„Comunităţile microbiene coexistente, alimentate de fierul feros şi oxigenul produs local, pot explica tranziţia către oceanele oxigenate.”
- Izvoarele termale feruginose imită condiţii ale oceanelor primitive.
- Oxidarea fierului şi fotosinteza locală au favorizat ecosisteme tranzitorii.
- Analizele metagenomice dezvăluie căi metabolice complexe şi ciclice.
Concluzie
Cercetarea izvoarelor termale din Japonia oferă o imagine coerentă a unor ecosisteme timpurii care au gestionat apariţia oxigenului. Datele arată că bacteriile oxidante de fier şi fototrofii au format reţele funcţionale, transformând oxigenul produs în resurse energetice. Acest model explică cum comunităţile microbiene au menţinut procese cheie de ciclu biogeochimic, chiar înainte ca oxigenul să devină dominant la scară globală. În plus, descoperirile sprijină ideea unei tranziţii treptate spre o biosferă oxigenată, cu implicaţii pentru paleobiologie şi astrobiologie.
Sursa: sciencedaily.com