Někdy před 2,4 miliardami let prošla rodící se planeta Země jednou z nejdramatičtějších změn ve své historii. V tomto období, známém jako Velká oxidační událost, zemská atmosféra náhle rozkvetla (dříve nedostatkovým) molekulárním kyslíkem. Rychlá změna složení atmosféry nebyla nic menšího než kataklyzma pro některé rané formy života (v té době většinou prokaryota s jednoduchými buňkami). Anaerobní druhy – ty, které žijí v prostředí bez kyslíku – zažily událost na úrovni téměř vyhynutí. Ale Velká oxidace byla také příležitostí pro prosperitu jiných forem života. Kyslík v atmosféře zmírnil planetární skleníkový efekt, přeměnil metan na méně účinný oxid uhličitý a zahájil sérii dob ledových známých jako huronské zalednění. Ale kyslík je energeticky bohatá molekula a také posílil rozmanitost a aktivitu na planetě jako nový silný zdroj paliva pro živé organismy.
Příčina této dramatické události? Nejmenší stvoření: malé sinice žijící v oceánu (někdy známé jako modrozelené řasy), které vyvinuly novou superschopnost, jakou na planetě Zemi dosud nikdo neviděl: fotosyntézu. Tato jedinečná schopnost – získávat energii ze slunečního záření a uvolňovat kyslík jako odpadní produkt – byla pro tak malé zvířátko revolučním krokem. Doslova to změnilo svět.
Satelitní snímek květů sinic v jezeře Erie, 2009. Uznání: NASA a NOAA Coastwatch-Great Lakes
Ale v srdci Velké oxidační události je záhada. A to je načasování. Cyanobakterie vyvinuly fotosyntézu před 3,4 až 2,9 miliardami let – nejméně 500 milionů let před velkou oxidací. Došlo řada navržených teorií , ale žádný nebyl zcela průkazný. Pochopení této mezery mezi původem fotosyntézy a přetvářením zemské atmosféry zaměstnávalo mysl vědce MIT Grega Fourniera a jeho kolegů, kteří publikovali nový článek zkoumající tuto otázku.
Existuje několik způsobů, jak měřit vzdálenou minulost. Geochemici byli schopni měřit oxidaci ve starověkých horninách již před 3,5 miliardami let. Biologicky vyrobený kyslík je nejpravděpodobnějším zdrojem této oxidace, i když ne jediným, a poskytuje rozumný odhad začátku fotosyntézy. Další metoda zahrnuje takzvané datování molekulárních hodin, které zkoumá fosilní záznamy za účelem měření rychlosti genetických změn v průběhu času. Tato metoda je užitečná, ale silně závisí na kvalitě starých fosilií.
Fournierův tým použil novou techniku pro analýzu genů sinic. Studovali horizontální přenos genů. K tomu dochází, když geny přeskakují z jednoho druhu na druhý, například poté, co byly snědeny (na rozdíl od vertikálního přenosu genů, ke kterému dochází z rodiče na dítě). Touto metodou je možné datovat určité druhy, protože druh, který obdržel gen, je vždy mladší než druh, ze kterého pochází. Prozkoumáním tisíců druhů moderních bakterií byli schopni najít nejméně 34 příkladů horizontálního genu. přenos v historii sinic. Tým poté tato zjištění porovnal s modely datování molekulárních hodin, což jim poskytlo dosud nejlepší odhad původu moderních sinic.
Výsledky ukazují, že všechny dnes žijící sinice lze vysledovat ke společnému předkovi z doby před 2,9 miliardami let a že předci sinic se oddělili od jiných bakterií asi před 3,4 miliardami let. Fotosyntéza musela začít někde mezi tím.
Sinice při 2400x zvětšení. Kredit: archiv Josefa Reischiga, Wikimedia Commons.
Pokud jde o propast mezi tímto datem a Velkou oxidací, může to být jednoduše otázka měřítka. Fotosyntéza se mohla šířit pomalu a trvalo několik milionů let, než dosáhla bodu zlomu a odstartovala globální událost. Fournierův výzkum ukázal, že těsně před Velkou oxidací došlo k náhlému dramatickému období diverzifikace druhů sinic. Během této doby zažily sinice celosvětově období obrovského růstu a možná to byla právě tato expanze, která zasypala zemskou atmosféru molekulárním kyslíkem.
Tento výzkum je vzrušující z několika důvodů. Nejen, že nabízí jedno z dosud nejlepších vysvětlení Velké oxidační události, ale nová technika, kterou vyvinuli, také otevírá okno do období minulosti Země, které byly považovány za navždy ztracené zubem času. Jak vysvětluje Fournier, „tato práce ukazuje, že molekulární hodiny zahrnující horizontální přenosy genů slibují, že spolehlivě poskytnou věk skupin napříč celým stromem života, dokonce i pro starověké mikroby, které nezanechaly žádné fosilní záznamy… něco, co bylo dříve nemožné.“
Co se týče sinic, ty jsou stále tady a chrlí kyslík v našich oceánech a jezerech po celém světě. Prostřednictvím fotosyntézy zahájili tito malí hledači před všemi těmi miliony let novou éru života na Zemi, bez níž by naše planeta dnes vypadala úplně jinak.
Další informace:
Jennifer Chu, Zaměříme se na původ „jediné nejdůležitější evoluční inovace na Zemi ““Zprávy MIT.
G. P. Fournier, K. R. Moore, L. T. Rangel, J. G. Payette, L. Momper a T. Bosak, “ Archeánský původ kyslíkové fotosyntézy a existující linie sinic. “ Proceedings of the Royal Society B.
