Кислородный фотосинтез оказался младшим на 500 мил. лет

Это удалось выяснить, когда ученые уточнили время происхождения цианобактерий, способных к фотосинтезу. Многообразие цианобактерий возникло в архейском периоде, а современные морские виды пикоцианобактерий появились в пост-криогенном периоде, как сообщает журнал Proceedings of the Royal Society B. Глобальное значение фотосинтеза заключается в том, что фотосинтезирующие организмы образуют кислород, используя воду и углекислый газ. Аноксигенным фотосинтез возник еще в архей, он присущ и современным бактериям, однако не предусматривает накопление кислорода как одного из конечных продуктов. Поэтому происхождение всех аэробных организмов на планете связывают с возникновением именно оксигенного, или кислородного, фотосинтеза, что привело к накоплению кислорода в атмосфере.

Узнать о первых организмы, которые обладали способностью к фотосинтезу, можно тремя путями: проанализировать геномы современных организмов, исследовать различные геохимические маркеры поверхностей окисления или изучить микро окаменелости с протерозоя, который продолжался примерно с 2,5 миллиарда лет назад до 541 миллиона лет назад. А определение возраста окаменелых остатков позволяет установить молекулярные часы. Однако часто при использовании этих различных методов диапазон определения возраста очень широк.

Изучение горизонтального переноса генов при определении возраста повышает точность проведения таких исследований. В отличие от вертикальной передачи генов, когда организмы наследуют гены от родителей, при горизонтальном переносе, гены могут «перепрыгивать» от одного вида к другому Когда удается установить, что такой перенос произошел, становится понятно, что группа организмов, которая получила новый ген, эволюционно моложе группы, от которой этот ген происходит, считают ученые Массачусетского технологического института.

Команда ученых искала примеры горизонтального переноса генов между геномами видов микроорганизмов, включая цианобактерии. Они использовали также новые культуры цианобактерий, чтобы точнее использовать ископаемые цианобактерии для калибровки. Так удалось установить 34 примеры горизонтального переноса генов.

Чтобы определить, когда же возник оксигенний фотосинтез и цианобактерии, ученые скомпоновали использования молекулярных часов и горизонтальный перенос генов. Исследователи рассуждали, что в случаи горизонтального переноса генов можно использовать для определения относительного возраста между определенными группами бактерий. Тогда возраст этих групп можно сравнить с возрастом, который предусматривают различные модели молекулярных часов. Ближайшая модель, вероятно, будет точной, а потом ее можно будет использовать для оценки возраста других видов бактерий — в частности, цианобактерий.

Затем ученые обнаружили, что одна из шести моделей молекулярных часов соответствует относительному возрасту. Команда запустила эту модель, чтобы оценить возраст древней группы цианобактерий, которая охватывает все современные виды, осуществляющие кислородный фотосинтез.

Применив сочетание новой методики горизонтального переноса генов и молекулярных часов, удалось определить, что оксигенний фотосинтез возник между 3,4 и 2, 9 миллиарда лет назад — ориентировочно на 500 мил. лет раньше Великое кислородное события (масштаб изменения условий окружающей среды вследствие увеличения содержания кислорода в атмосфере около 2,4 миллиарда лет назад). В результате многочисленных интерпретаций исследователи установили, что окаменелые остатки цианобактерий подобные группе цианобактерий архейского периода, предшествовавшие протерозойскому, а современные морские виды пикоцианобактерий возникли после периода криогенного, который длился ориентировочно с 720 до 635 мил. лет назад.

Незадолго до Великого кислородного события состоялось разветвления цианобактерий — возникло большое количество новых видов. То есть, возможно, вследствие такого масштабного распространения и экспансии цианобактерий, которые уже фото синтезировались на протяжении миллионов лет, постепенно наполняя атмосферу кислородом, и состоялось Большое кислородное событие.

Команда ученых в дальнейшем планирует изучать случаи горизонтального переноса генов, чтобы выявить происхождение других живых организмов и также древних микроорганизмов, сохранившихся в окаменелостях.

Предыдущие исследования ископаемых подтвердили важность грибов в колонизации суши — в Китае были найдены микро окаменелости грибов, возраст которых насчитывает около 635 мил. лет.

Перевод материала nauka.ua