Fotosynteza mogła pojawić się w bakteriach już 3,6 miliarda lat temu

Dawne mikroby mogły wytwarzać tlen przez fotosyntezę miliard lat wcześniej niż sądziliśmy, co oznacza, że ​​tlen był dostępny dla organizmów żywych bardzo blisko pochodzenia życia na Ziemi. W nowym artykule w Heliyon badacz z Imperial College London zbadał molekularne maszyny odpowiedzialne za fotosyntezę i odkrył, że proces ten mógł ewoluować nawet 3,6 miliarda lat temu.

Autor badania, dr Tanai Cardona, twierdzi, że badania mogą pomóc w rozwiązaniu kontrowersji wokół tego, kiedy organizmy zaczęły produkować tlen – coś, co było niezbędne dla ewolucji życia na Ziemi. Sugeruje również, że mikroorganizmy, które wcześniej uważaliśmy za pierwsze produkujące tlen – cyjanobakterie – wyewoluowały później, a te prostsze bakterie produkowały najpierw tlen.

„Moje wyniki oznaczają, że proces, który podtrzymuje prawie całe życie na Ziemi, może mieć miejsce dłużej niż sądzimy” – powiedział dr Cardona. „Być może wczesna dostępność tlenu umożliwiła mikrobom dywersyfikację i dominowanie nad światem przez miliardy lat, co pozwoliło mikrobom uciec z kolebki, w której powstało życie i podbić każdy zakątek tego świata, ponad 3 miliardy lat temu . „

Fotosynteza to proces, który podtrzymuje złożone życie na Ziemi – cały tlen na naszej planecie pochodzi z fotosyntezy. Istnieją dwa rodzaje fotosyntezy: tlenowy i anoksygeniczny. Fotosynteza tlenowa wykorzystuje energię światła do podziału cząsteczek wody, uwalniając tlen, elektrony i protony. Nietleniona fotosynteza wykorzystuje zamiast siarki związki takie jak siarkowodór lub minerały, takie jak żelazo lub arsen i nie wytwarza tlenu.

Wcześniej naukowcy uważali, że anoksygenit wyewoluował na długo przed tlenową fotosyntezą i że ziemska atmosfera nie zawierała tlenu aż do około 2,4-3 miliarda lat temu. Jednak nowe badanie sugeruje, że pochodzenie tlenowej fotosyntezy mogło sięgać nawet miliarda lat wcześniej, co oznacza, że ​​skomplikowane życie mogło również ewoluować wcześniej.

Dr Cardona chciała dowiedzieć się, kiedy powstała tlenowa fotosynteza. Zamiast próbować wykrywać tlen w starożytnych skałach, co było wcześniej zrobione, zagłębił się w maszyny molekularne, które przeprowadzają fotosyntezę – są to złożone enzymy zwane fotosystemami. Fotosynteza tlenowa i anoksygeniczna używają enzymu o nazwie Photosystem I. Rdzeń enzymu wygląda inaczej w dwóch rodzajach fotosyntezy, a studiując, jak dawno temu geny ewoluowały, by były inne, dr Cardona mógł się dowiedzieć, kiedy po raz pierwszy nastąpiła fotosynteza oksydacyjna.

Odkrył, że różnice w genach mogły nastąpić ponad 3,4 miliarda lat temu – na długo przedtem, zanim tlen został po raz pierwszy wyprodukowany na Ziemi. Jest to również długo przed pojawieniem się sinic – mikrobów, które uważano za pierwsze organizmy produkujące tlen. Oznacza to, że musieli istnieć poprzednicy, na przykład wczesne bakterie, które ewoluowały w zamian za przeprowadzenie anoksygenicznej fotosyntezy.

„To jest pierwszy raz, kiedy ktokolwiek próbował przełożyć ewolucję fotosystemów” – mówi dr Cardona. „Rezultat wskazuje na możliwość, że tlenowa fotosynteza, proces, który wytworzył cały tlen na Ziemi, faktycznie rozpoczął się na bardzo wczesnym etapie ewolucyjnej historii życia – pomaga rozwiązać jedną z największych kontrowersji w dzisiejszej biologii.”

Jednym zaskakującym odkryciem było to, że ewolucja fotosystemu nie była liniowa. Wiadomo, że systemy fotowoltaiczne ewoluują bardzo powoli – zrobiły to, ponieważ cyjanobakterie pojawiły się co najmniej 2,4 miliarda lat temu. Ale kiedy doktor Cardona użył tego powolnego tempa ewolucji, aby obliczyć pochodzenie fotosyntezy, wymyślił datę starszą niż sama Ziemia. Oznacza to, że system foto musi ewoluował znacznie szybciej na początku – czego najnowsze badania sugerują, że planeta jest coraz gorętsza.

„Jest jeszcze wiele rzeczy, o których nie wiemy, dlaczego życie jest takie, jakie jest i jak powstał proces biologiczny” – mówi dr Cardona. „Czasami nasze najlepiej wykształcone domysły nawet nie przybliżają się do tego, co tak naprawdę wydarzyło się tak dawno temu.”

Dr Cardona ma nadzieję, że jego odkrycia mogą również pomóc naukowcom, którzy szukają życia na innych planetach, odpowiedzieć na niektóre z ich największych pytań.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *