Фотосинтез мог появиться сразу после зарождения жизни на Земле
Фотосинтез, преобразующий солнечный свет в энергию, может происходить как с образованием кислорода (оксигенный), так и без него (аноксигенный). Считается, что оксигенный фотосинтез возник позже аноксигенного с появлением цианобактерий около 2,5 миллиарда лет назад.
Хотя некоторые исследования предполагают, что очаги оксигенного фотосинтеза могли существовать и до этого, он все еще считался эволюционным новообразованием, на развитие которого на Земле ушло не менее пары миллиардов лет.
Новое исследование, проведенное учеными из Имперского колледжа Лондона, выявило, что ферменты, способные выполнять ключевой процесс кислородного фотосинтеза — расщепление воды на водород и кислород — действительно могли присутствовать в некоторых из самых ранних бактерий.
Самым ранним свидетельствам существования жизни на Земле более 3,4 миллиарда лет, и некоторые исследования предполагают, что самая ранняя жизнь вполне могла быть старше 4 миллиардов лет.
Ученые указывают, что первая версия кислородного фотосинтеза могла быть очень простой и неэффективной. На Земле бактериям потребовалось более миллиарда лет, чтобы усовершенствовать процесс, ведущий к эволюции цианобактерий, и еще два миллиарда лет, чтобы животные и растения распространились по планете. Однако то, что производство кислорода началось так рано, означает, что в других средах — например, на других планетах — переход к сложной жизни мог занять гораздо меньше времени.
Команда сделала свое открытие, проследив «молекулярные часы» ключевых белков фотосинтеза, ответственных за расщепление воды. Этот метод оценивает скорость эволюции белков, учитывая время между известными эволюционными моментами, такими как появление различных групп цианобактерий или наземных растений, которые сегодня несут одну из разновидностей этих белков. Затем рассчитанная скорость эволюции продлевается назад во времени, чтобы увидеть, когда белки впервые эволюционировали.
Они сравнили скорость эволюции этих белков фотосинтеза со скоростью других ключевых белков в эволюции жизни, в том числе тех, которые образуют молекулы хранения энергии в организме, и тех, которые переводят последовательности ДНК в РНК. Ученые также сравнили скорость с событиями, которые, как известно, произошли совсем недавно, когда жизнь уже была разнообразной и появились цианобактерии.
Белки фотосинтеза показали почти идентичные модели эволюции с самыми старыми ферментами, уходящими далеко в прошлое, что позволяет предположить, что они эволюционировали аналогичным образом.
Знание того, как развиваются эти ключевые белки фотосинтеза, важно не только для поиска жизни на других планетах, но также может помочь исследователям найти новые стратегии использования фотосинтеза с помощью синтетической биологии.
Узнайте, как размеры дождевых капель могут указать на потенциально обитаемые экзопланеты.
