Структуры внутри редких бактерий аналогичны тем, которые сегодня обеспечивают фотосинтез в растениях, что позволяет предположить, что этот процесс старше, чем предполагалось.
Это открытие может означать, что эволюция фотосинтеза нуждается в переосмыслении, переворачивая традиционные представления с ног на голову.
Фотосинтез - это способность использовать солнечную энергию для производства сахаров посредством химических реакций. Растения, водоросли и некоторые бактерии сегодня осуществляют «оксигенный» фотосинтез, при котором вода расщепляется на кислород и водород для питания процесса, высвобождая кислород в качестве побочного продукта.
Некоторые бактерии вместо этого выполняют «аноксигенный» фотосинтез, версию, в которой для питания процесса используются молекулы, отличные от воды, и не выделяется кислород.
Ученые всегда предполагали, что аноксигенный фотосинтез является более «примитивным» и что оксигенный фотосинтез произошел от него. Согласно этой точке зрения, аноксигенный фотосинтез возник примерно 3,5 миллиарда лет назад, а оксигенный фотосинтез развился миллиард лет спустя.
Однако, анализируя структуры внутри древнего типа бактерий, исследователи Имперского колледжа Лондона предположили, что ключевой шаг в оксигенном фотосинтезе, возможно, уже был возможен за миллиард лет до того, как это принято считать.
Новое исследование опубликовано в журнале Trends in Plant Science.
Ведущий автор исследования, доктор Танай Кардона из Департамента наук о жизни в Imperial, сказал: «Мы начинаем видеть, что большая часть устоявшейся истории об эволюции фотосинтеза не подтверждается реальными данными. получаем о строении и функционировании систем раннего бактериального фотосинтеза."
Бактерия Heliobacterium Modesticaldum, которую они изучали, обитает вокруг горячих источников, почв и заболоченных полей, где она осуществляет аноксигенный фотосинтез. Он очень отдаленно связан с цианобактериями, основными бактериями, которые сегодня осуществляют оксигенный фотосинтез.
Он настолько отдаленно связан, что в последний раз имел «общего предка» с цианобактериями миллиарды лет назад. Это означает, что любые черты, общие для этих двух бактерий, вероятно, также присутствовали у древних бактерий, которые дали начало им обоим.
Проанализировав структуры, которые H. Modesticaldum и современные цианобактерии используют для осуществления различных типов фотосинтеза, доктор Кардона обнаружил поразительное сходство.
В обеих структурах есть участок, который цианобактерии и растения используют исключительно для расщепления воды - первого решающего этапа оксигенного фотосинтеза.
Эволюция цианобактерий обычно считается также первым проявлением оксигенного фотосинтеза, но тот факт, что H. Modesticaldum содержит аналогичный сайт, что означает, что строительные блоки для оксигенного фотосинтеза, вероятно, намного древнее, чем предполагалось, так же стары, как сам фотосинтез, и, следовательно, могли возникнуть намного раньше в истории Земли.
Доктор Кардона также предполагает, что это может означать, что оксигенный фотосинтез не был продуктом миллиардной эволюции аноксигенного фотосинтеза, а мог быть признаком, который развился гораздо раньше, если не первым.
Д-р Кардона сказал: «Этот результат помогает объяснить в фантастических деталях, почему системы, ответственные за фотосинтез и выработку кислорода, такие, какие они есть сегодня, но для того, чтобы это имело смысл, необходимо изменить точку зрения на то, как мы видим. эволюция фотосинтеза.
"Согласно традиционному мнению, что аноксигенный фотосинтез развился первым и был единственным типом примерно за миллиард или более лет до того, как развился оксигенный фотосинтез, - эти структуры вообще не должны существовать у этого типа бактерий."
Работа финансировалась Leverhulme Trust и Исследовательским советом по биотехнологии и биологическим наукам.