Самыми ранними микробами, производящими кислород, возможно, не были цианобактерии.
Древние микробы могли производить кислород посредством фотосинтеза на миллиард лет раньше, чем мы думали, а это означает, что кислород был доступен для живых организмов очень близко к зарождению жизни на Земле. В новой статье в Heliyon исследователь из Имперского колледжа Лондона изучил молекулярные машины, ответственные за фотосинтез, и обнаружил, что этот процесс мог развиться 3,6 миллиарда лет назад.
Автор исследования, доктор Танай Кардона, говорит, что исследование может помочь решить споры о том, когда организмы начали производить кислород, что было жизненно важно для эволюции жизни на Земле. Это также предполагает, что микроорганизмы, которые, как мы раньше считали, первыми производили кислород - цианобактерии - эволюционировали позже, и что более простые бактерии производили кислород первыми.
«Мои результаты означают, что процесс, который поддерживает почти всю жизнь на Земле сегодня, возможно, существовал гораздо дольше, чем мы думаем», - сказал доктор Кардона. «Возможно, ранняя доступность кислорода позволила микробам диверсифицироваться и доминировать в мире в течение миллиардов лет. Что позволило микробам покинуть колыбель, где зародилась жизнь, и завоевать каждый уголок этого мира более 3 миллиардов лет назад.."
Фотосинтез - это процесс, который поддерживает сложную жизнь на Земле - весь кислород на нашей планете поступает из фотосинтеза. Различают два типа фотосинтеза: оксигенный и аноксигенный. Кислородный фотосинтез использует энергию света для расщепления молекул воды, высвобождая кислород, электроны и протоны. Аноксигенный фотосинтез использует такие соединения, как сероводород или минералы, такие как железо или мышьяк, вместо воды, и он не производит кислород..
Ранее ученые считали, что аноксигенные вещества развились задолго до оксигенного фотосинтеза и что земная атмосфера не содержала кислорода примерно 2,4-3 миллиарда лет назад. Тем не менее, новое исследование предполагает, что возникновение оксигенного фотосинтеза могло произойти на миллиард лет раньше, а это означает, что сложная жизнь тоже могла развиваться раньше.
Доктор. Кардона хотел выяснить, когда возник оксигенный фотосинтез. Вместо того чтобы пытаться обнаружить кислород в древних горных породах, как это делалось ранее, он заглянул вглубь молекулярных машин, осуществляющих фотосинтез, - это сложные ферменты, называемые фотосистемами. И в оксигенном, и в аноксигенном фотосинтезе используется фермент под названием Фотосистема I. Ядро фермента выглядит по-разному в двух типах фотосинтеза, и, изучив, как давно эволюционировали гены, доктор Кардона смог выяснить, когда впервые произошел окислительный фотосинтез..
Он обнаружил, что различия в генах могли возникнуть более 3,4 миллиардов лет назад - задолго до того, как считалось, что на Земле впервые появился кислород. Это также произошло задолго до появления цианобактерий - микробов, которые считались первыми организмами, вырабатывающими кислород. Это означает, что должны были быть предшественники, такие как ранние бактерии, которые с тех пор эволюционировали, чтобы вместо этого осуществлять аноксигенный фотосинтез.
«Это первый случай, когда кто-либо попытался определить время эволюции фотосистем», - сказал доктор Кардона. «Результат намекает на возможность того, что оксигенный фотосинтез, процесс, который произвел весь кислород на Земле, на самом деле начался на очень ранней стадии эволюционной истории жизни - это помогает решить одно из самых больших противоречий в современной биологии."
Одним удивительным открытием было то, что эволюция фотосистемы не была линейной. Известно, что фотосистемы эволюционируют очень медленно - они сделали это с тех пор, как цианобактерии появились по крайней мере 2,4 миллиарда лет назад. Но когда доктор Кардона использовал эту медленную скорость эволюции для расчета происхождения фотосинтеза, он получил дату, которая была старше самой Земли. Это означает, что в начале фотосистема должна была развиваться намного быстрее - недавние исследования предполагают, что это произошло из-за того, что планета стала более горячей.
«Мы еще многого не знаем о том, почему жизнь такая, какая она есть, и как возникли большинство биологических процессов», - сказал доктор Кардона. «Иногда наши самые обоснованные догадки даже близко не отражают того, что на самом деле произошло так давно».
Доктор. Кардона надеется, что его открытие может также помочь ученым, которые ищут жизнь на других планетах, ответить на некоторые из их самых важных вопросов.