La începuturile sale, Pământul nu semăna deloc cu locul respirabil de azi. Oxigenul era aproape inexistent, de aproximativ un milion de ori mai puțin decât în prezent. Fără păduri, fără animale, fără formele de viață care astăzi depind de aer pentru a trăi.
Pentru organismele timpurii, oxigenul era, de fapt, otrăvitor. Cum s-a strecurat viața prin acest început ostil? Un răspuns vine dintr-un studiu condus de Fatima Li-Hau, sub coordonarea profesorului asociat Shawn McGlynn de la Institutul de Știință a Pământului și a Vieții (ELSI) din Japonia.
Echipa a privit spre izvoare termale bogate în fier, ferestre actuale către chimia oceanelor de demult, în timpul uneia dintre cele mai dramatice transformări ale planetei: creșterea oxigenului atmosferic.
Rezultatele lor conturează un tablou de tranziție, în care microbii timpurii au învățat să folosească fierul și urme infime de oxigen produse de microorganisme fotosintetice, transformând un pericol în combustibil pentru viață.
Acum aproximativ 2,3 miliarde de ani, Marele Eveniment de Oxidare a schimbat traiectoria Pământului. Cianobacteriile, capabile să despartă moleculele de apă cu ajutorul luminii și să elibereze oxigen, au contribuit la ridicarea treptată a concentrației de oxigen.
Atmosfera pe care o respirăm astăzi — în jur de 78% azot și 21% oxigen — este moștenirea acelui moment. Oxigenul a deschis calea pentru viața complexă, dar, în același timp, a pus o presiune uriașă pe organismele adaptate la o lume aproape lipsită de el.
Cum au rezistat acești microbi primordiali noii realități? Pentru a înțelege, cercetătorii au explorat cinci izvoare termale din Japonia, fiecare cu o „semnătură” chimică distinctă. Toate erau bogate în fier feros — forma dizolvată a fierului, comună în oceanele timpurii.
Astăzi, astfel de izvoare sunt rare: în contact cu mult oxigen, fierul feros (Fe2+) se transformă rapid în fier ferric (Fe3+), care este insolubil și cade din apă.
Dar la aceste izvoare, combinația de oxigen puțin și pH aproape neutru păstrează fierul feros în soluție, recreând condiții asemănătoare cu cele din anumite zone ale Pământului timpuriu. În patru dintre cele cinci izvoare, actorii principali au fost bacteriile microaerofile care oxidează fierul.
Microaerofilele preferă mediile cu foarte puțin oxigen. Ele își obțin energia convertind fierul feros în fier ferric — o reacție care, în doze fine de oxigen, le alimentează metabolismul.
Cianobacteriile erau și ele prezente, dar în număr mai mic, semn că sursa de oxigen era locală și discretă, nu încă răspândită.
Echipa a folosit metagenomica — adică analiza materialului genetic colectat direct din mediul natural — pentru a reconstrui peste 200 de genomi microbieni de înaltă calitate.
Așa au observat un tip de interacțiune vitală: microbi care legau metabolismul fierului de cel al oxigenului reușeau să transforme un compus odinioară toxic într-o sursă de energie.
În același timp, prin consumul atent al oxigenului disponibil, mențineau împrejurimi suficient de sărace în oxigen încât alți microbi sensibili la acesta, anaerobii, să poată supraviețui.
Din această perspectivă, primele ecosisteme ale Pământului ar fi semănat cu aceste izvoare moderne: comunități diverse, în echilibru fin, în care puținul oxigen produs local de fotosinteză era imediat „capturat” de microbi care oxidau fierul.
Un metabolism care a reciclat un subprodus periculos într-un avantaj energetic, deschizând drumul pentru momentul în care fotosinteza avea să devină dominantă.
„Această lucrare ne extinde înțelegerea funcționării ecosistemului microbian în timpul unei perioade cruciale din istoria Pământului”, spune Fatima Li-Hau.
Iar aceste concluzii oferă indicii valoroase și pentru căutarea vieții pe alte lumi, acolo unde mediile chimice ar putea semăna cu Pământul timpuriu.
