温泉は、地球の最初の酸素の前に生命がどのように生き残ったかを明らかにします

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2025-09-29 22:41:00

森林、動物、または通気性のある空気の前で、地球はまったく別の場所でした。 20億年以上前、惑星の大気はほとんど酸素を抱えていませんでした。

私たちが今人生と呼んでいるものは、今日のほとんどの生物に有毒な状況で生き残らなければなりませんでした。当時、酸素は新鮮な空気の息吹ではありませんでした – それは脅威でした。

それで、酸素が最初に現れ始めたとき、人生はどのように適応しましたか？そして、それらの初期の生態系はどのように見えましたか？

新しい研究は、驚くほど現代的なもの、つまり日本の温泉を見ることによって、その古代世界をめったに垣間見ることができます。

鉄が豊富で酸素が少ないこれらの泡立ちのプールは、地球の最大のターニングポイントの1つで、初期の微生物がどのように生き残ったか、さらには繁栄したかを理解するためのタイムカプセルであることが判明しました。

地球が酸素を獲得したとき

約23億年前、地球の雰囲気は大きく変化し始めました。グレート酸素化イベント（GOE）として知られるこのイベントは、初めて大量に酸素を空中に導入しました。

おそらく犯人？小さな緑のシアノバクテリア。

これらの微生物は、水を壊して酸素を放出するために日光を使用する方法を見つけ出しました。これは光合成の廃棄物です。

今日、酸素は大気の約21％を占めています。しかし、Goeの前に、それはほとんど存在しませんでした。代わりに、メタンや二酸化炭素のようなガスが空気を支配しました。

ほとんどの初期の人生では、酸素は役に立たなかった – それは有害でした。このシフトにより、生命は生存のための新しい戦略を進化させることを余儀なくされました。

この研究でサンプリングされた温泉の写真。コワクビの温泉 [1, 2, and 3]：微生物マットと酸化鉄をよく示しています。ツバキヤマ温泉 [4, 5, and 6]：ソースチューブから流れる湧水、春の流出流出量の流体の酸化と源泉微生物マットのクローズアップ。 Furutobe温泉 [7, 8, and 9]：チューブから流れる湧水、入浴エリア、入浴エリアにポンプ。 OHK温泉 [10, 11, and 12]：スプリングソースでの微生物マットとトラバーチン沈着のクローズアップ。ジナタ温泉 [13, 14, and 15]：干潮時のばね源、上昇する潮の春の空中景色、干潮時の堆積物。画像をクリックして拡大します。クレジット：エルシ

温泉を通して幼少期を勉強します

この研究は、地球ライフサイエンス研究所（ELSI）のファティマリハウが主導しました。 東京科学研究所。

チームは、日本の5つの温泉を見て、酸素の増加に初期の微生物がどのように対処したかを学びました。

東京、秋田、青石に位置するこれらの泉は、古代の海と同じように、鉄鉄（fe²⁺）を搭載した水を保持しています。

また、温泉にはほとんど酸素が含まれておらず、中立的に近いpHがあり、初期の地球の条件を反映する近代的な環境のまれな例になります。

研究の共著者であるショーン・マクグリンによると、鉄が豊富な温泉は、偉大な酸化イベントによって特徴付けられる後期から原生代後期の遷移中に、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所を提供します。

「彼らは、植物、動物、または重要な大気酸素の上昇の前に、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」とMcGlynnは述べています。

温泉で見つかった微生物

研究者たちは、温泉のほとんどが微小酸性鉄酸化菌に支配されていることを発見しました。

これらの微生物は、低酸素環境を好み、鉄鉄を供給し、それを鉄鉄（Fe³⁺）に変えます。光合成のシアノバクテリアも存在していましたが、予想よりも小さく役割を果たしました。

秋田の温泉の1つは異なっていました。鉄酸化剤の代わりに、非鉄ベースの代謝を使用して微生物を持っていました。これは、初期の人生が適応した可能性のあるさまざまな方法を指す予期しない発見です。

冬の5つの温泉の1つのパノラマ写真。ソース水とCO2バブルを示しています。画像をクリックして拡大します。クレジット：ファティマ・リー・ハウ、エルシ

廃棄物をエネルギーに変える

これらのスプリングに住む微生物のDNAを研究することにより、研究者は200以上の完全な微生物ゲノムをつなぎ合わせました。彼らが見つけたものは、微生物チームワークの絵を描いています。

鉄と酸素を使用した微生物は生き残っただけではありませんでした。酸素感受性の生物も生きることができる環境を構築するのに役立ちました。

コミュニティは炭素と窒素のサイクリングを実施し、部分的な硫黄サイクルの兆候さえ示しました。その最後の部分は驚くべきものでした。なぜなら、温泉は硫黄含有量が非常に低かったからです。

これは、「不可解な」硫黄サイクルと呼ばれるものを暗示しています。これは、微生物が硫黄を簡単に検出できない方法でリサイクルする複雑なシステムです。

「サイト全体の地球化学と微生物組成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、微小性鉄酸化物、酸素性酸化剤、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、驚くほど類似して維持し、完全な生体化学環を述べた。

酸素を伴う地球への移行

この研究は、初期の地球が光合成が引き継ぐのを待っているだけではなかったことを示唆しています。

代わりに、微生物はすでに周囲の少量の酸素を使用する巧妙な方法を見つけていました。また、さまざまな種類の生物が一緒に生き残ることができる生態系を構築しています。

「この論文は、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、無酸素で鉄が豊富な海からGOEの開始時に酸素化された生物圏への移行です」とLi-Hau氏は述べています。

「現代のアナログ環境を理解することにより、初期の地球の状態に関連する代謝の可能性とコミュニティ構成の詳細な見解を提供します。」

完全な研究はジャーナルに掲載されました 微生物と環境。

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Eric RallsとEarth.comから提供された無料のアプリであるEarthSnapで私たちをチェックしてください。

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