История фотосинтеза древнее, чем предполагалось ранее, считают авторы статьи Early Archean origin of Photosystem II (Раннее архейское происхождение фотосистемы II), опубликованной в журнале Geobiology.
Цианобактерии — в настоящее время единственные из бактерий, способные к оксигенному фотосинтезу. Это относительно сложная форма фотосинтеза — такая же, как у всех современных растений. Было высказано предположение, что более простые формы кислородного фотосинтеза могли существовать и раньше, до цианобактерий. Таким образом, в атмосфере ранней Земли мог быть необходимый для жизни кислород, пусть и в не слишком больших количествах.
В исследовании, проведённом учёными, представляющими Имперский колледж Лондона (Imperial College London), говорится о том, что кислородный фотосинтез возник как минимум за один миллиард лет до появления цианобактерий.
Ведущий автор работы, доктор Танаи Кардона (Tanai Cardona) рассказывает:
«Мы знаем, что цианобактерии древние, но не знаем точно, насколько. Если цианобактериям, например, 2,5 миллиарда лет, это означает, что кислородный фотосинтез мог возникнуть ужу 3,5 миллиарда лет назад. Это говорит о том, что не обязательно должны пройти миллиарды лет для того, чтобы такой процесс, как кислородный фотосинтез, возник после возникновения жизни».
Если такой довольно сложный процесс, как фотосинтез, возник относительно быстро после зарождения жизни, то вероятность существования сложных форм жизни на других планетах может быть весьма большой.
О том, производили ли древние простейшие кислород, трудно судить по их следам, сохранившимся в камне. Исследователи пошли другим путём — через изучение эволюции двух основных белков, участвующих в оксигенном фотосинтезе.
На первой стадии фотосинтеза цианобактерии используют энергию солнечного света для разделения воды на протоны, электроны и кислород с помощью белкового комплекса — фотосистемы II (H2O-пластохиноноксидоредуктазы).
Фотосистема II состоит из двух белков — D1 и D2. Первоначально два белка были одинаковыми, но, хотя у них очень похожие структуры, основные кодирующие их генетические последовательности теперь разные.
Это показывает, что D1 и D2 развиваются отдельно. Даже в их первоначальном виде эти белки могли бы выполнять кислородный фотосинтез, поэтому знание того, как давно они были идентичными, может выявить, когда эта способность появилась впервые.
Исследователи полагают (основываясь на статистических методах и известной по окаменелостям истории развития фотосинтезирующих организмов), что белки D1 и D2 фотосистемы II развивались чрезвычайно медленно — даже медленнее, чем некоторые из самых «старых» белков — тех, что предположительно работали в самых ранних формах жизни.
Доктор Кордона поясняет:
«Обычно появление кислородного фотосинтеза и цианобактерий считается одним и тем же. И, чтобы выяснить, когда начал производиться кислород, исследователи пытались определить, когда появились цианобактерии.
Наше исследование показывает, что кислородный фотосинтез, вероятно, начался задолго до появления последнего предполагаемого предка цианобактерий. Это согласуется и с текущими геологическими данными, которые свидетельствуют о том, что и до трёх миллиардов лет назад были локализованные скопления кислорода.
Происхождение кислородного фотосинтеза и предка цианобактерий — не одно и то же. Между первым и вторым может быть очень большой разрыв во времени».
Исследовательская группа продолжает работу. Поставлена задача по реконструкции механизма фотосинтеза у предполагаемого предка всех фотосинтезирующих живых организмов.