氮对所有生命形式都至关重要：它是蛋白质、核酸和其他细胞结构的一部分。因此，能够将大气中的气态二氮转化为生物可利用的形式——铵，对于早期地球上生命的发展非常重要。然而，目前还不清楚是谁在早期地球上进行了这种所谓的固氮，以及在哪种酶的帮助下进行的。现在，不来梅马克斯普朗克海洋微生物研究所的研究人员表明，在与元古代海洋类似的贫瘠条件下，以前被低估的一组细菌可以非常有效地固氮。
瑞士阿尔卑斯山的“小元古代海洋”
由于很难直接研究元古代海洋，不来梅马克斯普朗克研究所的研究人员 Miriam Philippi 和 Katharina Kitzinger 及其同事将其替换为一个类似的现代栖息地：瑞士的高山卡达尼奥湖。与大多数其他湖泊不同，卡达尼奥湖是永久分层的，这意味着上下水层不会混合。紫硫细菌栖息在上层含氧层和下层无氧硫化物层之间的过渡区。在那里，它们进行光合作用并氧化硫。该研究的第一作者菲利普说：“这组微生物化石的发现表明，它们至少在 16 亿年前，即元古代时期就已经生活在我们的星球上。”“因此，
紫硫菌固氮
通过结合生物地球化学和分子分析，Philippi 及其同事发现卡达尼奥湖中的紫硫细菌非常有效地固氮。固氮是将反应性不强的氮气转化为许多生物可以使用的氮化合物，例如藻类。“据我们所知，这是自然界中紫色硫细菌固氮的第一个直接证据，”合著者 Katharina Kitzinger 解释说。“我们发现他们使用当今最常见的酶钼固氮酶来做到这一点。虽然这种酶并不罕见，但我们在卡达诺湖中发现它感到非常惊讶。”这是因为水中只有很少的钼——就像在元古代海洋中一样，这使研究人员相信非钼固氮酶在早期地球上盛行。“现在我们知道钼固氮酶非常有效，即使在低钼浓度下也是如此。”
“因此，我们提供了第一个迹象，即紫色硫细菌可能在元古代海洋中对固氮负有部分责任，”菲利普继续说道。“直到现在，人们普遍认为当时蓝藻进行了大部分固氮。我们表明，紫硫细菌在这个过程中的作用可能被低估了。”
