画期的な発見は、地球上でどのように初期の生活が始まったかを明らかにします

地球上の生命は常に窒素に依存してきました。タンパク質とDNAの構成要素として、窒素はすべての生物に不可欠です。しかし、大気中の豊富さにもかかわらず、窒素ガスは化学的に不活性であるため、ほとんどの生命体では直接使用できません。 窒素固定が可能な微生物 - 大気窒素を使用可能な形に変換する - は、何十億年もの間生命を維持する上で基本的な役割を果たしました。 古代の窒素同位体の解明窒素同位体の研究（さまざまな原子量を持つ元素の違いのある形態）は、初期の窒素サイクルに光を当てました。 ミシェル・ゲーリンガーは、（酸素性）光合成の進化についてさらに学ぶために、初期の地球で生命を化合しました。これは、酸素を呼吸するプロセスです。 （クレジット：RPTU、Thomas Koziel） 古代の堆積岩を分析する研究者は、窒素同位体値の極端な変動を観察しています。これらの変動は、窒素が28億から26億年前に環境をどのように移動したかの大きな変化を示唆しており、現在は窒素同位体イベント（NIE）と呼ばれています。以前、科学者は、この出来事が酸素を必要とするプロセスである有酸素アンモニウム酸化の始まりをマークしたことを提案しました。しかし、この解釈は他のデータと衝突し、この間、地球の大気がほとんど無酸素のままであったことを示しています。 堆積記録からの証拠は、モリブデンと鉄に依存する酵素複合体を使用した生物学的窒素固定が、約32億年前にすでに活性が活動していたことを示唆しています。この代謝プロセスは、大気酸素レベルが上昇し始めた大きな酸化イベントの前に窒素サイクルを支配した可能性があります。この古代の窒素サイクルについての手がかりを保持している重要な地質層の1つは、大きなグリーンストーンベルトの一部であるジンバブエのマンジェリ層です。約27億5,000万年前に激しい火山活動の期間中に堆積したこの岩層は、非常に陰性の窒素同位体シグネチャを保存します。 無酸素の世界における微生物の安定性現代の研究は、初期の生命体がどのように窒素を処理したかを明確にするのに役立ちます。地球生物学者のミシェル・ゲーリンガー博士 RPTU大学Kaiserslautern-Landau、古代の環境で微生物が窒素をどのように代謝したかを研究してきました。彼女のチームは、生物学的窒素固定は、劇的に異なる大気条件下でも安定したままであることを発見しました。窒素固定には、窒素ガスをアンモニアに変換することが含まれます。これは、生物が使用できる形態です。このプロセスは、古代および現代の生物学的材料の両方で測定できる窒素同位体の明確な比率を残しています。 ジンバブエのマンジェリ層における堆積の連続は厚さ130mで、下部はアルギライトとクォーツ岩と鉄岩が支配し、他の80mはシルトストーンとアルギライトで支配されています。 （クレジット：トニーマーティン） 最近まで、環境条件に関係なく、微生物は常に一貫した同位体比を維持していると想定されていました。しかし、Gehringerと彼女の同僚は、初期の条件と同様に、無酸素二酸化炭素が豊富な環境でシアノバクテリアを栽培することにより、この仮定をテストしました。 彼らの発見は、窒素同位体比が安定したままであることを確認し、微生物窒素固定は数十億年間一貫して動作しているという考えを支持している。古代のストロマトライトからの証拠彼らの理解を深めるために、科学者はストロマトライトに目を向けました。それは古代の微生物群集によって形成された岩の構造を損なうものです。 27億年前にさかのぼるこれらの層には、微生物の保存された遺跡が含まれており、先史時代の生態系に窓を提供しています。 マンジェリとチェシャー層の地質学的文脈。 （クレジット：自然通信） 主にシアノバクテリア駆動型の窒素固定に依存する現代のストロマトライトとは異なり、古代のストロマトライトは追加の窒素源の証拠を示しました。この研究は、初期の微生物群集が海底の熱水孔に由来する可能性が高い溶存アンモニウムを吸収したことを示しています。 この発見は、酸素が豊富な大気前の生命が窒素の利用可能性によって制限されたという仮定に挑戦しています。代わりに、熱水系が生物学的に使用可能な窒素を着実に供給し、浅い海洋環境と深い海洋環境の両方で多様な微生物の生活をサポートすることを示唆しています。地球を越えた生活への影響幼少期の維持における熱水活動の役割は、地球外の居住性に関する興味深い疑問を提起します。たとえば、火星は過去の熱水系の兆候を示しており、同様のプロセスがヨーロッパやエンケラドスなどの氷のムーンで発生する可能性があります。熱水活動を通じて窒素サイクリングが初期の地球上で微生物の生命を維持できる場合、同様のメカニズムが太陽系の他の場所に存在する可能性があります。「これまで、初期の地球上の生命は窒素希少性によって制約されていると想定されていました」とゲーリンガーは説明しました。 「私たちの研究は、熱水噴出口からのアンモニウムが追加の窒素源を提供し、多様な環境で生命が繁栄することを可能にしたことを示しています。」ca。 （クレジット：自然通信） この発見は、たとえ豊富な酸素を欠いていたとしても、活性な水熱システムを持つ惑星がまだ生命を支えている可能性があることを示唆しています。窒素が地球の古代環境をどのように移動するかを研究することにより、科学者は初期の生活を形作った状態を明らかにするだけでなく、他の世界で探す潜在的な署名を特定しています。研究が続くにつれて、科学者は、最初の酸素生産生物が惑星を永遠に変えるずっと前に、地球の生物圏がどのように発達したかについて、より包括的な状況をつなぎ合わせています。かつて制限要因と考えられていた窒素サイクルは、現在、初期の生物学的多様性の重要な推進力であったようです。 これらの発見は、地球上の生命の歴史を形作る際の地質学、化学、生物学の複雑な相互作用を強調しています。 #画期的な発見は地球上でどのように初期の生活が始まったかを明らかにします