Ilt kunne have været tilgængeligt for livet så tidligt som for 3,5 milliarder år siden

Mikrober kunne have udført iltproducerende fotosyntese mindst en milliard år tidligere i Jordens historie end tidligere antaget.

Fundet kunne ændre ideer om, hvordan og hvornår komplekst liv udviklede sig på Jorden, og hvor sandsynligt det er, at det kan udvikle sig på andre planeter.

Ilt i jordens atmosfære er nødvendigt for komplekse former for liv, som bruger det under aerob respiration til at lave energi.

Iltniveauet steg dramatisk i atmosfæren for omkring 2,4 milliarder år siden, men hvorfor det så skete, er blevet diskuteret. Nogle videnskabsmænd tror, ​​at for 2,4 milliarder år siden udviklede organismer kaldet cyanobakterier først, som kunne udføre iltproducerende (oxygenisk) fotosyntese.

Andre videnskabsmænd mener, at cyanobakterier udviklede sig længe før 2,4 milliarder år siden, men noget forhindrede ilt i at ophobe sig i luften.

Cyanobakterier udfører en relativt sofistikeret form for oxygenisk fotosyntese - den samme type fotosyntese, som alle planter gør i dag. Det er derfor blevet foreslået, at enklere former for oxygenisk fotosyntese kunne have eksisteret tidligere, før cyanobakterier, fører til lave niveauer af ilt er tilgængelig for livet.

Nu, et forskerhold ledet af Imperial College London har fundet ud af, at oxygenisk fotosyntese opstod mindst en milliard år før cyanobakterier udviklede sig. Deres resultater, offentliggjort i tidsskriftet Geobiologi , viser, at oxygenisk fotosyntese kunne have udviklet sig meget tidligt i Jordens 4,5 milliarder år lange historie.

Hovedforfatter Dr. Tanai Cardona, fra Institut for Biovidenskab på Imperial, sagde:"Vi ved, at cyanobakterier er meget gamle, men vi ved ikke præcist, hvor gammel. Hvis cyanobakterier er, for eksempel, 2,5 milliarder år gammel, hvilket ville betyde, at iltfotosyntese kunne være startet så tidligt som for 3,5 milliarder år siden. Det tyder på, at det måske ikke tager milliarder af år for en proces som iltfotosyntese at starte efter livets oprindelse."

Hvis oxygenisk fotosyntese udviklede sig tidligt, det kan betyde, at det er en forholdsvis enkel proces at udvikle sig. Sandsynligheden for, at komplekst liv opstår i en fjern exoplanet kan da være ret høj.

Det er svært for forskere at finde ud af, hvornår de første iltproducenter udviklede sig ved hjælp af stenrekorden på Jorden. Jo ældre stenene er, jo sjældnere de er, og jo sværere er det at bevise endegyldigt, at fossile mikrober fundet i disse gamle klipper brugte eller producerede en hvilken som helst mængde ilt.

I stedet, teamet undersøgte udviklingen af ​​to af de vigtigste proteiner, der er involveret i oxygenisk fotosyntese.

I den første fase af fotosyntesen, cyanobakterier bruger lysenergi til at spalte vand i protoner, elektroner og ilt ved hjælp af et proteinkompleks kaldet Photosystem II.

Fotosystem II består af to proteiner kaldet D1 og D2. Oprindeligt, de to proteiner var ens, men selvom de har meget ens strukturer, deres underliggende genetiske sekvenser er nu anderledes.

Dette viser, at D1 og D2 har udviklet sig hver for sig - i cyanobakterier og planter deler de kun 30 procent af deres genetiske sekvens. Selv i deres oprindelige form, D1 og D2 ville have været i stand til at udføre oxygenisk fotosyntese, så at vide, hvor længe siden de var identiske, kunne afsløre, hvornår denne evne først udviklede sig.

For at finde ud af forskellen i tid mellem D1 og D2 er 100 procent identiske, og de er kun 30 procent ens i cyanobakterier og planter, holdet bestemte, hvor hurtigt proteinerne ændrede sig - deres udviklingshastighed.

Brug af kraftfulde statistiske metoder og kendte begivenheder i udviklingen af ​​fotosyntese, de fastslog, at D1- og D2-proteinerne i Photosystem II udviklede sig ekstremt langsomt - endda langsommere end nogle af de ældste proteiner i biologien, der menes at findes i de tidligste livsformer.

Fra dette, de beregnede, at tiden mellem de identiske D1- og D2-proteiner og de 30 procent lignende versioner i cyanobakterier og planter er mindst en milliard år, og kunne være mere end det.

Dr. Cardona sagde:"Normalt, udseendet af oxygenisk fotosyntese og cyanobakterier anses for at være det samme. Så, for at finde ud af, hvornår der blev produceret ilt for første gang, har forskere forsøgt at finde ud af, hvornår cyanobakterier først udviklede sig.

"Vores undersøgelse viser i stedet, at oxygenisk fotosyntese sandsynligvis startede længe før den seneste forfader til cyanobakterier opstod. Dette er i overensstemmelse med nuværende geologiske data, der tyder på, at dufter af oxygen eller lokaliserede ophobninger af oxygen var mulige før for tre milliarder år siden.

"Derfor, oprindelsen af ​​oxygenisk fotosyntese og forfaderen til cyanobakterier repræsenterer ikke det samme. Der kan være et meget stort tidsgab mellem det ene og det andet. Det er en massiv ændring i perspektiv."

Nu, holdet forsøger at genskabe, hvordan fotosystemet så ud, før D1 og D2 udviklede sig i første omgang. Ved at bruge den kendte variation i fotosystemets genetiske koder på tværs af alle arter, der lever i dag, de forsøger at sammensætte den forfædres fotosystems genetiske kode.