Reactive Fe(III) minerals can influence methane (CH4) emissions by inhibiting microbial methanogenesis or by stimulating anaerobic CH4 oxidation. The balance between Fe(III) reduction, methanogenesis, and methane oxidation in ferruginous Archean and Paleoproterozoic oceans would have controlled CH4 fluxes to the atmosphere, thereby regulating the capacity for CH4 to warm the early Earth under the Faint Young Sun. We studied CH4 and Fe cycling in anoxic incubations of ferruginous sediment from the ancient ocean analogue Lake Matano, Indonesia over three successive transfers (500 days total). Iron reduction, methanogenesis, methane oxidation, and microbial taxonomy were monitored in treatments amended with ferrihydrite or goethite. After three dilutions, Fe(III) reduction persisted only in bottles with ferrihydrite. Enhanced CH4 production was observed in the presence of goethite, highlighting the potential for reactive Fe(III)-oxides to inhibit methanogenesis. Supplementing the media with hydrogen, nickel and selenium did not stimulate methanogenesis. There was limited evidence for Fe(III)-dependent CH4 oxidation, although some incubations displayed CH4-stimulated Fe(III)-reduction. 16S rRNA profiles continuously changed over the course of enrichment, with ultimate dominance of unclassified members of the order Desulfuromonadales in all treatments. Microbial diversity decreased markedly over the course of incubation, with subtle differences between ferrihydrite and goethite amendments. These results suggest that Fe(III)-oxide mineralogy and availability of electron donors could have led to spatial separation of Fe(III)-reducing and methanogenic microbial communities in ferruginous marine sediments, potentially explaining the persistence of CH4 as a greenhouse gas throughout the first half of Earth history.

Divalent metal cations are essential to the structure and function of the ribosome. Previous characterizations of the ribosome performed under standard laboratory conditions have implicated Mg2+ as a primary mediator of ribosomal structure and function. Possible contributions of Fe2+ as a ribosomal cofactor have been largely overlooked, despite the ribosome's early evolution in a high Fe2+ environment, and its continued use by obligate anaerobes inhabiting high Fe2+ niches. Here we show that (i) Fe2+ cleaves RNA by in-line cleavage, a non-oxidative mechanism that has not been detected previously for this metal, (ii) the first-order rate constant with respect to divalent cations is hundreds of times greater with Fe2+ than with Mg2+, (iii) functional ribosomes are associated with Fe2+ after purification from cells grown under low O2 and high Fe2+, and (iv) a small fraction of Fe2+ that is associated with the ribosome is not exchangeable with surrounding divalent cations, presumably because it is tightly coordinated by rRNA and buried in the ribosome. In total, these results expand the ancient role of iron in biochemistry, suggest a novel method for regulation of translation by iron, and highlight a possible new mechanism of iron toxicity.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

Today, Mg2+ is an essential cofactor with diverse structural and functional roles in lifes oldest macromolecular machine, the translation system. We tested whether ancient Earth conditions (low O2+, high Fe2+, high Mn2+) can revert the ribosome to a functional ancestral state. First, SHAPE (Selective 2-Hydroxyl Acylation analyzed by Primer Extension) was used to compare the effect of Mg2+ vs. Fe2+ on the tertiary structure of rRNA. Then, we used in vitro translation reactions to test whether Fe2+ or Mn2+ could mediate protein production, and quantified ribosomal metal content. We found that: (i) Fe2+ and Mg2+ had strikingly similar effects on rRNA folding; (ii) Fe2+ and Mn2+ can replace Mg2+ as the dominant divalent cation during translation of mRNA to functional protein; (iii) Fe2+ and Mn2+ associated extensively with the ribosome. Given that the translation system originated and matured when Fe2+ and Mn2+ were abundant, these findings suggest that Fe2+ and Mn2+ played a role in early ribosomal evolution.

Electroactive type IV pili, or e-pili, are used by some microbial species for extracellular electron transfer. Recent studies suggest that e-pili may be more phylogenetically and structurally diverse than previously assumed. Here, we used updated aromatic density thresholds (≥9.8% aromatic amino acids, ≤22-aa aromatic gaps, and aromatic amino acids at residues 1, 24, 27, 50 and/or 51, and 32 and/or 57) to search for putative e-pilin genes in metagenomes from diverse ecosystems with active microbial metal cycling. Environmental putative e-pilins were diverse in length and phylogeny, and included truncated e-pilins in Geobacter spp., as well as longer putative e-pilins in Fe(II)-oxidizing Betaproteobacteria and Zetaproteobacteria .Originality and Significance Electroactive pili (e-pili) are used by microorganisms to respire solid metals in their environment through extracellular electron transfer. Thus, e-pili enable microbes to occupy specific environmental niches. Additionally, e-pili have important potential for biotechnological applications. Currently the repertoire of known e-pili is small, and their environmental distribution is largely unknown. Using sequence analysis, we identified numerous genes encoding putative e-pili from diverse anoxic, metal-rich ecosystems. Our results expand the diversity of putative e-pili in environments where metal oxides may be important electron acceptors for microbial respiration.