Общепринятая теория гласит, что жизнь на Земле зародилась в воде, вернее, в Мировом океане, омывающем нашу планету. Хотя многие специалисты по эволюционной биологии утверждают, что это могло произойти и на поверхности суши, в озерах и у жерл вулканов, о чем свидетельствует тот факт, что в первичном океане было крайне мало элементов, являющихся важными для органической жизнедеятельности, в частности молибдена, бора и азота.
В статье, опубликованной в 2016 году в журнале Nature Microbiology, немецкие ученые излагают результаты анализа древнейших генов, содержащихся в геномах обитающих на Земле существ. Из них следует, что наш первопредок, которого условно называют «Лука» (Last universal common ancestor - «последний всеобщий предок»), мог жить только в теплой воде, в которой мало кислорода, но много минеральных элементов.
Поскольку в геноме «Луки» присутствовали белки, необходимые для жизни в горячей среде, специалисты высказали предположение, что его средой обитания были геотермальные источники или вулканические озера, лишенные кислорода. Энергию, которая требовалась для питания клеток, «Лука» извлекал из разницы в концентрации различных ионов. Также источниками его питания являлись водород и углекислота.
В свою очередь геохимики из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) Марк Харрисон и Крейг Мэннинг заявили, что первые живые организмы на Земле могли появиться гораздо раньше, чем принято считать, - вскоре после образования планеты.
Исследователи изучили более 10000 образцов циркона, образовавшихся из расплавленных вулканических пород на территории Западной Австралии еще на заре формирования планеты. Соотношение в этих камнях углерода - 12 и углерода - 13 указывает на присутствие фотосинтетической жизни. Выделив 656 образцов с темными пятнышками, ученые подвергли 79 из них Раман-спектроскопии. Оказалось, что один из образцов в двух местах имеет вкрапления графита - чистого углерода. Соотношение в минерале урана к свинцу помогло определить его возраст - 4,1 миллиарда лет.
По всей вероятности, говорят авторы исследования, простейшие организмы появились на нашей планете почти сразу же, после того как она сформировалась, но потребовались многие миллионы лет, чтобы у них выработалась способность к фотосинтезу. Далее процессы симбиоза мелких клеток с более крупными привели к развитию более сложных живых клеток - эукариот. Около 2,1 миллиарда лет назад возникли многоклеточные организмы. Около 1200 миллионов лет назад на Земле появились первые водоросли, а 450 миллионов лет назад - высшие растения. Появление первых беспозвоночных животных относится к эдиакарскому периоду (541-635 миллионов лет до нашей эры), а появление первых позвоночных - к кембрийскому взрыву (525 миллионов лет назад). После чего жизнь непрерывно эволюционизировала, и этот процесс продолжается до сих пор.
Древнейшие в мире микроорганизмы современная наука называет археями, или архебактериями. Они существенно отличались по своему строению от остальных известных видов бактерий, возникших в более позднее время. Однако изучать архебактерии до недавнего времени было не так-то просто, поскольку их удавалось идентифицировать только по пробам ДНК. Все же попытки воспроизвести образцы в лаборатории не увенчивались успехом. Японцам понадобилось целых 12 лет, чтобы получить «копии» архей. Ранее международная группа исследователей собрала пробы грунта в одном из северных районов Атлантического океана на глубине 2,35 километра близ гидротермального источника, носящего название Замок Локи. Там предположительно сохранились следы ДНК древнейших на земном шаре бактерий.
«Это очередное гидротермальное поле, достаточно глубоководное для того, чтобы на нем появлялась специфическая гидротермальная фауна, - рассказывает старший научный сотрудник Института океанологии РАН Георгий Виноградов. - Ученые назвали новую гидротермальную систему «Замок Локи», так как столпообразные минеральные образования высотой более 12 метров напомнили участникам экспедиции башни древнего замка, хозяином которого вполне мог быть злокозненный скандинавский бог Локи. Предварительные исследования показали, что на территории «Замка Локи» находится уникальная экосистема, населенная микроорганизмами и животными».
Действительно, удалось обнаружить фрагменты ДНК разных бактерий, из которых путем кропотливой работы были выделены гены одного из типов архей. Ему дали название Lokiarchaeota, по месту обнаружения. Также были найдены и гены других похожих популяций архей. Все эти виды специалисты объединили в одну общность, именуемую Асгардской археей. Асгард - это таинственная страна из тех же скандинавских мифов, населенная богами - асами.
Но это еще не все. Имея на руках образцы генов архей, японские эксперты смогли впоследствии вывести реальные бактерии в лабораторных условиях! Для этого они построили биореактор, имитирующий условия глубоководной гидротермальной среды с высокой концентрацией метана, и поместили туда фрагменты архей. Пять лет ушло на размножение микробов внутри реактора. После этого образцы вместе с питательными веществами были помещены в стеклянные пробирки. Еще год ушел на то, чтобы организмы в пробирках начали подавать первые признаки жизни. И наконец генетический анализ показал, что в емкостях находится именно популяция Lokiarchaeota!
Исследователи говорят, что нельзя утверждать наверняка, но, предположительно, именно археи стали предшественниками эукариот, от которых уже в свою очередь произошли и все остальные земные организмы. Либо те и другие имеют единого предка.