Все новости

Первый фотосинтезирующий организм появился уже три с половиной миллиарда лет назад

Это более чем на миллиард лет превышает все предшествующие оценки. Возможно, живые существа начали производить кислород почти сразу после своего возникновения.

Танаи Кордона (Tanai Cardona) из Имперского колледжа Лондона (Великобритания) выяснил, что способность получать кислород в ходе фотосинтеза существовала у живых организмов ранее 3,4 миллиарда лет назад — до возникновения даже таких сравнительно простых организмов, как цианобактерии. Это значительно меняет всю раннюю картину эволюции жизни и показывает, что кислород стали массово получать в ходе фотосинтеза за миллиард с лишним лет до того, как его концентрация в атмосфере поднялась до заметных значений. Соответствующая статья опубликована в Heliyon.

Автор новой работы обращает внимание на то, что фотосинтез требует наличия специфического реакционного центра — набора белков, обеспечивающих превращение энергии света в химическую энергию. Его ключевой элемент — так называемое гетеродимерное ядро — соединение двух различных по структуре белков. Также оно известно как фотосистема I. Считается, что гетеродимер возник из-за удвоения генов, кодирующих составляющие его белки.

Время появления удвоенных генов, вероятно, указывает и на момент возникновения реакционного центра, а значит, и на появление феномена фотосинтеза у живых организмов. Чтобы выяснить, когда именно это произошло, Танаи Кордона применил метод молекулярных часов. Он основан на предположении, что эволюционно значимые мутации в живых организмах происходят с какой-то сравнительно постоянной скоростью. А значит, условно, «отсчитав их обратно», можно вычислить, например, момент расхождения двух видов в ходе эволюции или появление у живых организмов возможности синтезировать кислород.

Однако у метода существует проблема, особенно на больших временных отрезках: не всегда можно уверенно сказать, что скорость таких мутаций действительно не меняется. Автор работы попробовал снять эту трудность за счет байесовского «смягчения» в расчете возраста мутации, при которой фотосистема I стала гетеродимерной.

Байесовский метод позволяет определить вероятность какого-либо события при условии, что произошло другое статистически взаимозависимое с ним событие. Это дает возможность более точно оценить вероятность интересующего исследователя события за фиксированный отрезок времени, взяв в расчет уже известную информацию.

Сделав такие поправки, Кордона получил дату в 3,4 миллиарда лет назад. Это древнее любых известных цианобактерий и вообще довольно близко к моменту образования жизни на Земле. Кроме того, это на миллиард лет раньше Великой кислородной катастрофы — момента, когда в нижних слоях атмосферы в больших количествах появился кислород. До этого события развитие сложных форм жизни было ограничено.

Работа вызывает ряд вопросов. Во-первых, неясно, что мешало фотосинтезирующим организмам насытить атмосферу кислородом ранее Великой кислородной катастрофы — за целый миллиард лет подряд или даже больше. Во-вторых, непонятно, почему пока не обнаружены какие-либо ископаемые находки организмов такой древности, которые могли бы заниматься фотосинтезом. Возможно, фотосинтетики, способные производить кислород, по каким-то причинам находились в маргинальном положении, занимая узкие экологические ниши, и поэтому не могли заметно изменить состав атмосферы ранее, чем 2,45 миллиарда лет назад.