Erken Dünya’da yaşam nasıl gelişti? Yeni azot kaynağı keşfedildi

Canlı organizmalar, örneğin protein oluşumu için merkezi bir yapı taşı olarak azota ihtiyaç duyar. Bununla birlikte, atmosferimiz bol miktarda azot içeriyor olsa da, ne insanlar ne de bitkilerin büyük çoğunluğu onu doğrudan havadan ememez.

Tıpkı bugün olduğu gibi, dünyadaki erken yaşam mikroplar tarafından azot fiksasyonuna bağlıydı. Başka bir deyişle, atmosferik azotun canlı organizmaların emebileceği ve kullanabileceği azot bileşiklerine dönüştürülmeleri üzerine.

Milyarlarca yıl önce yeryüzünde gerçekleşen süreçlerin detayları bilinmekten uzaktır: Erken Dünya’daki azot kaynakları nelerdi? Nasıl kullanıldılar? Ve bu, yaşamın daha da gelişmesi için ne anlama geliyordu?

RPTU araştırmacısı Dr. Michelle Gehringer tam olarak bu sorular üzerinde çalışıyor. Bir jeomikrobiyologdur ve mikroorganizmalar ve jeokimyasal süreçler arasındaki etkileşimleri inceler.

Değişen çevre koşullarında kararlı azot fiksasyonu kararlı

Liderliği altında, biyolojik azot fiksasyonunun değişen atmosferik bileşimler altında stabil olduğunu gösteren bir ölçüm yöntemi doğrulanmıştır. Araştırmacının yaklaşımını anlamak için, azotun iki kararlı izotopu, tabiri caizse iki farklı durum olduğunu bilmek önemlidir. ¹⁵N ve ¹⁴N.

Gehringer, “Azot gazı hafif atomun bir karışımıdır ¹⁴N ve daha ağır atom ¹⁵N. Modern mikroplar metabolizmalarında azot kullandığında, bu iki izotopu belirli bir oranda birbirlerine kullanırlar. Bunu azot içeren biyokütle yakarak ve yanma sırasında üretilen azot gazını toplayarak ölçüyoruz. “

Gehringer diyor ki, “Şimdiye kadar, mikropların her zaman aynı olduğu varsayıldı. ¹⁵N/¹⁴N oranı, tamamen farklı çevresel koşullar altında, oksijen olmadan ve çok daha yüksek karbondioksit içeriğine sahip olmalarına rağmen. Bununla birlikte, hiç kimse bunun gerçekten doğru olup olmadığını henüz test etmedi. “Ancak, çevresel koşullar metabolik oranları etkilediğinden, muhtemelen de ¹⁵N/¹⁴N oranı.

Araştırmacılar, erken Dünya’nınkine benzer, yani oksijensiz ve çok yüksek karbondioksit içeriğine benzer çevresel koşullar altında siyanobakteriler yetiştirdiler. “Bunu bulduk ¹⁵N/¹⁴N siyanobakterilerin oranları stabil kalır. Bu nedenle sonuçlarımız bu oranın Dünya tarihi boyunca aynı olduğu varsayımını desteklemektedir. “

Azot ayrıca çözünmüş amonyum şeklinde emilir

Bunu temel alan Gehringer ve diğer araştırmacılar – İngiltere, Northumbria Üniversitesi’nden Dr. Ashley Martin ve St Andrews Üniversitesi’nden Dr. Eva Stüeken’in liderliği altında, eski stromatolitlerde azot döngüsünü, yani organik kökenli tortul kayaçlar getirdi.

Yaklaşık 2,7 milyar yaşında olan antik kayalar, çeşitli mikroorganizmaların ölü kalıntılarını içerir ve araştırmacılara geçmiş zamanlarda ekosistemleri ve çevresel nişleri hakkında bilgi sağlayabilir. Gehringer, “İnce bir toz haline getirdiğimiz ve azot izotopları için analiz ettiğimiz bozulmamış, soluklu kayaya erişim kazandık.”

Yardımıyla ¹⁵N/¹⁴N Oran ölçümleri, araştırmacılar, modern stromatolitlerin aksine, antik stromatolitlerin organik materyalinin sadece siyanobakteriler tarafından azot gazının biyolojik fiksasyonuna bağlı olmadığını keşfettiler.

Daha kesin olmak gerekirse, çalışmanın sonuçları, çözünmüş amonyum şeklinde azot alımına işaret etmektedir. Gehringer, “Ve bunun için en makul kaynak deniz tabanındaki hidrotermal aktivite” diyor.

Araştırmacılar ayrıca 2,7 milyar yaşında olan volkanik bir havzada sedimanter kayalara da baktılar. Hidrotermal kaynaklardan kaynaklanan amonyumun da bu sistemde alakalı olduğu kanıtlanmıştır.

Peki Mars’ta yaşam da mümkün olur mu?

“Şimdiye kadar, atmosfer oksijenle zenginleştirilmeden önce erken Dünya’daki yaşamın biyolojik olarak mevcut azot eksikliği ile sınırlı olduğu varsayıldı.” Mevcut çalışmalar şimdi derin deniz hidrotermal deliklerinden amonyumun ek bir rolünü kanıtlamaktadır.

“Hidrotermal deliklerin yardımıyla, azot yaşamın erken Dünya’ya yayılmasını sınırlamadı. Daha ziyade, yaşam hem derin hem de sığ su deniz ortamlarında gelişebildi.” Ve Gehringer’a göre, bu bugün hala gördüğümüz çok çeşitli mikroorganizmaların gelişimini sağladı.

Bu bulgular diğer gezegenlerde yaşam için ne anlama gelebilir? “Hidrotermal aktivite Mars’ta belgelenmiştir ve muhtemelen dış güneş sistemindeki buzlu aylarda da gerçekleşir.” Erken Dünya’dakilere benzer süreçlerin gerçekleştiği veya hala orada gerçekleştiği düşünülebilir.

Araştırma şurada yayınlandı Doğa İletişimi– Uygulamalı ve çevresel mikrobiyolojiVe Jeoloji.