Температуру древних океанов замерили «белковым термометром»

Первые живые организмы, бактерии, уже были на Земле как минимум 3,8 миллиарда лет назад. Но о том, в какой среде они обитали, известно достаточно мало. Ранее на основе соотношений изотопов кислорода и кремния в морских породах было выдвинуто предположение, что во времена архея температура воды в океанах была от 55 до 85 °C, а затем постепенно снизилась до нынешних 15 °C. Но на морские донные породы могли оказывать влияние неучтенные факторы, например гидротермальные источники.

Теперь ученые смогли оценить температуру морской воды того времени по изменениям в биологических молекулах. В качестве «подопытного» исследователи взяли фермент нуклеозиддифосфаткиназу (NDK), необходимый для построения молекул ДНК и РНК, — аналоги этого эволюционно консервативного белка встречаются практически у всех живых организмов.

Сравнив молекулярные последовательности вариантов NDK у цианобактерий и зеленых водорослей, исследователи восстановили структуру фермента, который присутствовал у их общего древнего предка. Синтезировав его, ученые экспериментально протестировали «воскрешенный» белок. Предыдущие исследования показали, что существует взаимосвязь между температурой стабильности белка и температурой роста организма, поэтому, определив температуру, стабилизирующую реконструированный белок, стало возможным уточнить температуру, в которой жил и размножался его хозяин.

Общего предка зеленых водорослей и цианобактерий выбрали неслучайно: таким образом исследователи отсекли попадание в «белковый термометр» микроорганизмов-термофилов, живущих вблизи подземных термальных источников. Полученные данные показали, что температура фотического слоя морской воды в архее (около 3 млрд лет назад) составляла около 75 °C, к девонскому периоду (около 420 млн лет назад) она снизилась до 35 °C, а затем — до нынешних 15 °C. По словам исследователей, это согласуется с результатами предыдущих геологических и ферментных исследований, что дает дополнительную уверенность в правоте существующих оценок.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Не только земные океаны остывают после ранних, «горячих» времен молодости нашей планеты. Не так давно ученые выяснили, что где-то в складках мантии Земли все еще остаются «карманы», помнящие жар архея.