«Маленький протерозойский океан» в швейцарских Альпах
Поскольку протерозойский океан трудно изучать напрямую, исследователи Мириам Филиппи и Катарина Китцингер из Института Макса Планка в Бремене и их коллеги заменили его сопоставимой современной средой обитания: альпийским озером Каданьо в Швейцарии. В отличие от большинства других озер, озеро Каданьо постоянно стратифицировано, что означает, что верхний и нижний слои воды не смешиваются.
Пурпурные серные бактерии населяют переходную зону между верхним, насыщенным кислородом слоем и нижним, бескислородным и сульфидным слоем. Там они проводят фотосинтез и окисляют серу. «Обнаружение окаменелостей этой группы микроорганизмов показывает, что они уже жили на нашей планете как минимум 1 год.6 миллиардов лет назад, во время протерозойского эона ", – сказал Филиппи, первый автор исследования. "Следовательно, это озеро и эти бактерии представляют собой систему, которая во многих аспектах напоминает протерозойский океан."Поэтому он так хорошо подходит для того, чтобы больше узнать о процессах на ранней Земле.
Фиолетовые серные бактерии фиксируют азот
Используя комбинацию биогеохимического и молекулярного анализов, Филиппи и его коллеги обнаружили, что пурпурные серные бактерии в озере Каданьо очень эффективно фиксируют азот. Фиксация азота – это преобразование газообразного азота, который не очень реакционноспособен, в соединения азота, которые могут использовать многие организмы, например водоросли. «Насколько нам известно, это первое прямое свидетельство фиксации азота пурпурными серными бактериями в природе», – пояснила соавтор Катарина Китцингер. «Мы обнаружили, что для этого они используют самый распространенный в настоящее время фермент, молибден-нитрогеназу.
Хотя этот фермент не редкость, мы были очень удивлены, обнаружив его в озере Каданьо."Это потому, что в воде очень мало молибдена – так же, как в протерозойском океане, что привело исследователей к мнению, что немолибденовые нитрогеназы преобладали на ранней Земле. «Теперь мы знаем, что молибденовая нитрогеназа работает очень эффективно даже при низких концентрациях молибдена."
«Таким образом, мы предоставляем первое указание на то, что пурпурные серные бактерии, возможно, частично ответственны за фиксацию азота в протерозойском океане», – продолжил Филиппи. "До сих пор считалось, что цианобактерии осуществляют большую часть азотфиксации. Мы показываем, что роль пурпурных серных бактерий в этом процессе, вероятно, недооценивалась."