Новое исследование, проведенное имперским исследователем, предполагает, что эта более примитивная форма фотосинтеза эволюционировала у гораздо более древних бактерий, чем предполагали ученые, более 3,5 миллиардов лет назад.Фотосинтез поддерживает жизнь на Земле сегодня, выделяя кислород в атмосферу и обеспечивая энергией пищевые цепи.
Рост фотосинтеза, производящего кислород, позволил эволюции сложных форм жизни, таких как животные и наземные растения, около 2,4 миллиарда лет назад.Однако первый тип фотосинтеза, который развился, не производил кислорода. Было известно, что он впервые появился около 3,5–3,8 миллиарда лет назад, но до сих пор ученые думали, что одна из групп бактерий, живущих сегодня, которые все еще используют этот фотосинтез приматов, была первой, кто развил эту способность.
Но новое исследование показывает, что более древние бактерии, которых, вероятно, больше не существует сегодня, на самом деле были первыми, развившими более простую форму фотосинтеза, и что эти бактерии были предками большинства бактерий, живущих сегодня.«Картина, которая начинает вырисовываться, заключается в том, что в течение первой половины истории Земли большинство форм жизни, вероятно, были способны к фотосинтезу», — сказал автор исследования доктор Танай Кардона из Департамента наук о жизни Имперского колледжа Лондона.
Более примитивная форма фотосинтеза известна как аноксигенный фотосинтез, при котором в качестве топлива вместо воды используются такие молекулы, как водород, сероводород или железо.Традиционно ученые предполагали, что одна из групп бактерий, которые до сих пор используют аноксигенный фотосинтез, развила эту способность, а затем передала ее другим бактериям, используя горизонтальный перенос генов — процесс передачи всего набора генов, в данном случае необходимых для фотосинтеза неродственным организмам.Однако доктор Кардона создал древо эволюции бактерий, проанализировав историю белка, необходимого для аноксигенного фотосинтеза.
Благодаря этому он смог раскрыть гораздо более древнее происхождение фотосинтеза.Анализ доктора Кардоны показывает, что вместо того, чтобы одна группа бактерий развивала способность и передавала ее другим, аноксигенный фотосинтез развился до того, как большинство групп бактерий, живущих сегодня, разветвились и разнообразились.
Результаты опубликованы в журнале PLOS ONE.«Практически каждая группа фотосинтетических бактерий, о которых мы знаем, в какой-то момент предлагалось стать первыми новаторами фотосинтеза», — сказал доктор Кардона. "Но это означает, что все эти группы бактерий должны были отделиться друг от друга до того, как произошел аноксигенный фотосинтез, примерно 3,5 миллиарда лет назад.
Вместо этого мой анализ показал, что аноксигенный фотосинтез предшествовал диверсификации бактерий в современные группы, так что все они должны были это сделать. Фактически, эволюция кислородного фотосинтеза, вероятно, привела к исчезновению многих групп бактерий, способных к аноксигенный фотосинтез, вызывающий диверсификацию современных групп ».
Чтобы выяснить происхождение аноксигенного фотосинтеза, доктор Кардона проследил эволюцию BchF, белка, который играет ключевую роль в биосинтезе бактериохлорофилла а, основного пигмента, используемого в аноксигенном фотосинтезе. Особенностью этого белка является то, что он содержится исключительно в аноксигенных фотосинтезирующих бактериях, и без него невозможно производство бактериохлорофилла а.
Сравнивая последовательности белков и реконструируя эволюционное древо BchF, он обнаружил, что он возник раньше, чем большинство описанных групп бактерий, живущих сегодня.