Oamenii de știință din Germania au recreat în laborator reacțiile chimice care ar fi putut declanșa apariția vieții pe Pământ. Într-un experiment inedit, un microb a supraviețuit și s-a multiplicat în condiții extreme, similare celor din adâncurile oceanului de acum 4 miliarde de ani. Cercetătorii cred că astfel de „grădini chimice” ar fi putut fi incubatoarele primelor forme de viață de pe planetă, informează Science Alert.

Este greu de imaginat cum a început viața pe planeta noastră. În ecosistemele actuale, viața este atât de profund interconectată încât foarte puține organisme trăiesc direct din materiile prime ale Pământului. Această situație durează de foarte, foarte mult timp.

Dar primele organisme de pe o planetă lipsită de viață ar fi trebuit să se descurce doar cu ceea ce mediul mineral avea de oferit. Exista puțin sau deloc oxigen și nu existau procese de fotosinteză. Unele organisme marine de adâncime trăiesc încă în acest fel, supraviețuind în apropierea izvoarelor hidrotermale, la adâncimi unde nu ajung razele soarelui, explică cercetătorii.

Folosindu-se de electroni proveniți din hidrogenul ce erupe din miezul Pământului, microbii marini urmează o rețetă mai veche decât genele pe care le folosesc pentru a o executa, numită calea acetil-CoA. Este singura metodă de fixare a carbonului, transformarea carbonului anorganic în compuși organici, care poate fi reprodusă fără enzime.

În vremurile timpurii ale Pământului, oceanul conținea mult mai mult fier dizolvat decât astăzi. O echipă condusă de geochimista Vanessa Helmbrecht de la Universitatea Ludwig Maximilian din Munchen, Germania, a dorit să testeze cât de mult ar fi contat acest fier dizolvat, simulând în laborator condițiile oceanice străvechi.

„Prezența străveche a depunerilor hidrotermale bogate împreună cu sulfid de fier în arhivele geologice se extinde până în eonul Arhaic timpuriu (acum 4 - 3,6 miliarde de ani) și prezintă caracteristici fosilizate interpretate ca unele dintre cele mai vechi urme de viață de pe Pământ”, scriu cercetătorii.

Cu toate acestea, legăturile dintre producerea abiotică de H₂ [dihidrogen] în grădini chimice cu sulfid de fier care simulează sisteme hidrotermale [primordiale] și viața timpurie sunt rare.

Un microb unicelular din domeniul Arhee, Methanocaldococcus jannaschii, a fost ales ca subiect de testare pentru aceste simulări. A fost colectat pentru prima dată dintr-un izvor hidrotermal de pe coasta de vest a Mexicului, unde, folosind calea acetil-CoA, se bazează pe dioxid de carbon și hidrogen ca surse principale de energie.

„H₂ abiotic era un potențial important donator de electroni, iar CO₂ era un acceptor-cheie pentru primele celule”, explică echipa de cercetărori.

Organismele anaerobe care folosesc calea reductivă acetil-CoA dependentă de H₂ pentru fixarea CO₂ sunt reprezentanți moderni care au păstrat urme ale primelor metabolismuri.

Experimentele au plasat M. jannaschii într-o versiune miniaturală a izvoarelor hidrotermale marine, conținute într-o fiolă de sticlă. Prin injectarea unui fluid sulfidic în apă fără oxigen dizolvat s-a format un precipitat negru care a crescut într-o structură asemănătoare unui horn, într-un interval de 5-10 minute.

La temperaturi ridicate, fierul și sulful din acest microcosmos au format mineralele de sulfid de fier mackinawit (FeS) și greigit (Fe₃S₄). Atunci când sulfidul de fier este hidratat, se eliberează H₂.

Deși mediul era destul de diferit de cel actual, M. jannaschii a prosperat în acest mediu neobișnuit.

„La început, ne așteptam la o creștere abia sesizabilă, întrucât nu am adăugat niciun nutrient suplimentar, vitamine sau oligoelemente în experiment”, spune Helmbrecht.

Pe lângă supraexprimarea unor gene ale metabolismului acetil-CoA, arheele au crescut exponențial.

Celulele M. jannaschii tindeau să se adune chiar lângă particulele de mackinawit, într-un tablou care seamănă cu unele dintre cele mai vechi urme de viață fosilizate descoperite. Aceste grădini chimice, cred oamenii de știință, ar fi putut alimenta primele microorganisme de pe Pământ.

Aceasta este o dovadă că rețeta metabolismului acetil-CoA a apărut din medii extreme, sărace energetic, acolo unde viața ar fi putut să apară pentru prima dată pe Pământ.

„Studiul nostru indică faptul că grădinile chimice formate din mackinawit și greigit ar putea fi incubatoare potențiale ale vieții, medii primordiale care, teoretic, ar fi putut susține evoluția continuă a primelor celule metabolizante”, conchid autorii studiului.