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日本の温泉は、地球上の生命の起源の手がかりを保持しています

地球は常に私たちが知っている青緑の世界ではありませんでした。初期の地球の酸素レベルは、私たちが現在経験しているよりも約100万倍低かったです。森林も動物もありませんでした。古代の生物の場合、酸素は有毒でした。その時、人生はどのように見えましたか？ファチマ・リー・ハウ（研究時のエルシの大学院生）が率いる最近の研究と、科学科学科学研究所の地球科学研究所（ELSI）のショーン・マクグリン准教授（研究時）と日本のショーン・マクグリン准教授（ELSI）は、日本の鉄の豊富なホットスプリングを調べることにより、この問題を探求します。大気の酸素化。彼らの発見は、初期の微生物群集が、光合成微生物によって放出される酸素とともに鉄を使用し、エネルギーのために鉄を使用し、光合成が支配的になる前に生命の廃棄物を新しいエネルギー源に変えた移行生態系を明らかにしたことを示唆しています。 大酸素化イベント（GOE）は約23億年前に発生し、大気酸素の増加を示しました。これは、日光を使用して水を分割し、その後光合成を介して酸素に酸素に変換する緑色のシアノバクテリアによって引き起こされる可能性があります。その結果、現在の大気は約78％の窒素と21％の酸素であり、酸素の上昇前に大きな役割を果たした可能性のあるメタンや二酸化炭素などの他のガスの痕跡のみがあります。 GOEは根本的に地球上の生命の流れを変えました。この大量の酸素は、私たちに動物が呼吸することを可能にしますが、それはまた、O2分子をほとんど知らなかった古代の生命体の生命を複雑にします。これらの古代の微生物が酸素の存在にどのように適応したかを理解することは大きな問題のままです。 これに答えるために、チームは、さまざまな水化学が豊富な日本で5つの温泉を研究しました。これらの5つのスプリング（1つは東京に、2つは秋田と青石県）に自然に鉄鉄（Fe2+）が豊富です。鉄鉄は酸素と素早く反応し、不溶性鉄鉄の形（Fe3+）に変わるため、今日の酸素が豊富な世界ではまれです。しかし、これらのスプリングでは、水には鉄鉄のレベル、低レベルの酸素、および中立的に近いpHが含まれており、初期の地球の海洋の一部に似ていると考えられています。 「これらの鉄が豊富な温泉は、大きな酸化イベントでマークされた、後期から原生代後期から初期の原生代の移行中に、初期の地球様条件下で微生物代謝を研究するためのユニークな天然研究室を提供します。彼らは、植物、動物、または大気中の酸化のために植物、動物、または大気中の酸化型の存在中に原始的な微生物生態系がどのように構成されたかを理解するのに役立ちます。 5つの温泉のうち4つで、チームは微動性鉄酸化菌が支配的な微生物であることを発見しました。これらの生物は低酸素状態で繁栄し、鉄鉄をエネルギー源として使用して鉄鉄に変換します。光合成を介して酸素を生成することで知られているシアノバクテリアも存在していましたが、比較的少数でした。唯一の例外は、非鉄ベースの代謝が驚くほど支配的であった秋田温泉の1つでした。 メタゲノム分析を使用して、チームは200以上の高品質の微生物ゲノムを組み立て、それらを使用してコミュニティ内の微生物の機能を詳細に分析しました。鉄と酸素代謝を結合したのと同じ微生物は、有毒化合物をエネルギー源に変換し、酸素感受性の嫌気性を持続させる条件を維持しました。これらのコミュニティは、炭素や窒素サイクリングなどの重要な生物学的プロセスを実施し、研究者は部分的な硫黄サイクルの証拠を発見し、硫化物の酸化と硫酸塩同化に関与する遺伝子を特定しました。温泉には硫黄化合物がほとんど含まれていないことを考えると、これは驚くべき発見でした。研究者は、これが「不可解な」硫黄サイクルを示す可能性があると提案しています。ここでは、微生物がまだ完全には理解されていない複雑な方法で硫黄をリサイクルします。 「地球化学と微生物組成の部位間での違いにもかかわらず、我々の結果は、鉄鉄と限られた酸素の存在下で、微小性酸酸化剤、酸素性光栄養素、および嫌気菌のコミュニティが一貫して共存し、著しく類似して維持し、生体化学的環状を完全に維持することを示しています。 この研究は、初期の生態系の理解の変化を示唆しており、微生物が初期の光栄養素によって生成される鉄の酸化と酸素からエネルギーを活用している可能性があることを示しています。この研究では、これらの温泉と同様に、初期の地球ホストの生態系は、鉄酸化細菌、嫌気性、および互いに存在し、酸素濃度を調節するシアノバクテリアなど、多様な微生物で構成されていることを提案しています。 「このペーパーでは、地球の歴史の中で重要な時期に微生物生態系機能の理解を拡大します。これは、GOEの発症時に無酸素で鉄が豊富な海から酸素化された生物圏への移行です。現代の類似体環境を理解することにより、初期の地球の条件に関連する代謝電位とコミュニティ組成の詳細な見解を提供します。 一緒に、これらの洞察は、地球上の生命の初期の進化についての理解を深め、初期の地球と同様の地球化学的条件を持つ他の惑星での生活の探求に影響を与えます。 詳細情報 アースライフサイエンスインスティテュート（ELSI） 日本の野心的な世界初演国際研究センターの1つであり、その目的は、世界最大の心が日本に来て、最も挑戦的な科学的問題について協力することにより、広く学際的な科学分野で進歩を達成することを目指しています。エルシの主な目的は、地球と生命の起源と共進化に対処することです。 東京科学研究所（科学東京） 2024年10月1日に設立され、東京医療と歯科大学（TMDU）と東京工科大学（東京工科大学）の合併に続き、「科学と人間の福祉を促進し、社会との価値を創造する」という使命を抱えています。 世界プレミア国際研究センターイニシアチブ（WPI） 2007年に日本教育、文化、スポーツ、科学技術（MEXT）によって開始され、世界的に目に見える研究センターを育成し、最高の基準と優れた研究環境を誇りました。全国の機関で12を超えて運営されているこれらのセンターには、高度な自律性が与えられており、革新的な管理と研究のモードに従事することができます。このプログラムは、日本科学促進協会（JSPS）によって管理されています。 #日本の温泉は地球上の生命の起源の手がかりを保持しています