Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Natur

Fotosyntesen opstod en milliard år tidligere, end vi troede, undersøgelse viser

Krystalstrukturen i Fotosystem I (PDB ID:1JB0). Kredit:Elsevier

Gamle mikrober kan have produceret ilt gennem fotosyntese en milliard år tidligere, end vi troede, hvilket betyder, at ilt var tilgængeligt for levende organismer meget tæt på livets oprindelse på jorden. I en ny artikel i Heliyon , en forsker fra Imperial College London studerede de molekylære maskiner, der var ansvarlige for fotosyntesen, og fandt ud af, at processen kan have udviklet sig for 3,6 milliarder år siden.

Forfatteren af ​​undersøgelsen, Dr. Tanai Cardona, siger, at forskningen kan hjælpe med at løse kontroversen omkring, da organismer begyndte at producere ilt - noget, der var afgørende for udviklingen af ​​liv på jorden. Det tyder også på, at de mikroorganismer, vi tidligere troede var de første til at producere ilt - cyanobakterier - udviklede sig senere, og at enklere bakterier producerede ilt først.

"Mine resultater betyder, at den proces, der opretholder næsten alt liv på jorden i dag, måske har gjort det i meget længere tid, end vi tror, "sagde Dr. Cardona." Det kan have været, at den tidlige tilgængelighed af ilt var det, der gjorde det muligt for mikrober at diversificere og dominere verden i milliarder af år. Hvad tillod mikrober at undslippe vuggen, hvor livet opstod og erobre hvert hjørne af denne verden, for mere end 3 milliarder år siden. "

Fotosyntese er den proces, der opretholder komplekst liv på jorden - alt ilt på vores planet stammer fra fotosyntese. Der er to typer fotosyntese:iltet og anoxygen. Oxygenisk fotosyntese bruger lysenergi til at splitte vandmolekyler, frigiver ilt, elektroner og protoner. Anoxygen fotosyntese bruger forbindelser som hydrogensulfid eller mineraler som jern eller arsen i stedet for vand, og det producerer ikke ilt.

Tidligere har videnskabsfolk mente, at anoxygen udviklede sig længe før oxygenisk fotosyntese, og at jordens atmosfære ikke indeholdt ilt før for omkring 2,4 til 3 milliarder år siden. Imidlertid, den nye undersøgelse tyder på, at oprindelsen til oxygenisk fotosyntese kan have været så meget som en milliard år tidligere, hvilket betyder, at komplekst liv også ville have kunnet udvikle sig tidligere.

En kultur af Synechocystis sp. PCC 6803, en type encellede cyanobakterier. Kredit:Elsevier

Dr. Cardona ville finde ud af, hvornår oxygenisk fotosyntese opstod. I stedet for at forsøge at opdage ilt i gamle sten, hvilket er hvad der var gjort tidligere, han kiggede dybt inde i de molekylære maskiner, der udfører fotosyntese - det er komplekse enzymer kaldet fotosystemer. Oxygenisk og anoxygen fotosyntese bruger begge et enzym kaldet Photosystem I. Kernen i enzymet ser anderledes ud i de to typer fotosyntese, og ved at studere, hvor længe siden generne udviklede sig til at være forskellige, Dr. Cardona kunne regne ud, da oxidativ fotosyntese først opstod.

Han fandt ud af, at forskellene i generne kan have fundet sted for mere end 3,4 milliarder år siden - længe før man troede, at ilt først var blevet produceret på jorden. Dette er også længe før cyanobakterier - mikrober, der menes at være de første organismer til at producere ilt - eksisterede. Det betyder, at der må have været forgængere, såsom tidlige bakterier, der siden har udviklet sig til at udføre anoxygen fotosyntese i stedet.

"Det er første gang, at nogen har forsøgt at time udviklingen af ​​fotosystemerne, "sagde Dr. Cardona." Resultatet hentyder til muligheden for, at oxygenisk fotosyntese, den proces, der har produceret al ilt på jorden, startede faktisk på et meget tidligt tidspunkt i livets evolutionære historie - det hjælper med at løse en af ​​de store kontroverser i biologien i dag. "

Et overraskende fund var, at udviklingen af ​​fotosystemet ikke var lineær. Fotosystemer er kendt for at udvikle sig meget langsomt - det har de gjort siden cyanobakterier dukkede op for mindst 2,4 milliarder år siden. Men da Dr. Cardona brugte den langsomme udviklingshastighed til at beregne fotosyntesens oprindelse, han fandt på en dato, der var ældre end jorden selv. Det betyder, at fotosystemet skal have udviklet sig meget hurtigere i begyndelsen - noget nyere forskning tyder på, at planeten var varmere.

"Der er stadig meget, vi ikke ved om, hvorfor livet er, som det er, og hvordan de fleste biologiske processer opstod, "sagde Dr. Cardona." Nogle gange er vores bedst uddannede gæt ikke engang tæt på at repræsentere, hvad der virkelig skete for så længe siden. "

Dr. Cardona håber, at hans fund også kan hjælpe forskere, der leder efter liv på andre planeter, med at besvare nogle af deres største spørgsmål.


Varme artikler