Найден «дедушка» кислорода (ему 3 млрд лет): как примитивная цианобактерия устроила Земле кислородную революцию

Международная группа исследователей расшифровала структуру ключевого «наномеханизма» фотосинтеза у цианобактерии Anthocerotibacter panamensis, эволюционная ветвь которой отделилась от остальных форм жизни около 3 миллиардов лет назад. Результаты этой работы, опубликованные в журнале PNAS, заставляют пересмотреть хронологию возникновения кислородной атмосферы на Земле.

«Машина времени» в пробирке: как древний микроб переписывает историю

Объектом исследования стал живой реликт — цианобактерия A. panamensis. Её уникальность в том, что она представляет собой эволюционную ветвь, изолированную от остальных цианобактерий на протяжении почти 3 миллиардов лет. Как отмечает ведущий автор работы доктор Мин-Ян Хо из Национального университета Тайваня, этот микроорганизм служит «окном в глубочайшее прошлое», позволяя изучать механизмы, существовавшие на заре жизни.

Неизменная конструкция «солнечной батарейки»

Ученых интересовала Фотосистема I (ФСI) — молекулярный комплекс, трансформирующий солнечный свет в электрическую энергию, лежащий в основе фотосинтеза. Главный сюрприз ждал при изучении её пространственной структуры. Несмотря на миллиарды лет эволюции, базовая архитектура ФСI у A. panamensis оказалась практически идентична той, что встречается у современных организмов. Три субъединицы ФСI формируют структуру, напоминающую лист клевера, несущую более 300 светопоглощающих пигментов. «Имея такую структуру, мы можем сравнить её с ФСI других организмов и выявить черты, доставшиеся нам из глубокой древности», — поясняет доктор Кристофер Гисриэль из Университета Висконсин-Мэдисон.

Простота как признак древности

В отличие от большинства современных цианобактерий и высших растений, у A. panamensis отсутствуют тилакоиды — многослойные мембранные структуры, повышающие эффективность фотосинтеза. Весь её фотосинтетический аппарат расположен на одной мембране. Эта «простота» указывает на более примитивный дизайн, предшествовавший появлению сложных систем. Такая конструкция накладывает ограничения на скорость роста бактерии, но именно она может быть ключом к разгадке эволюции фотосинтеза. Оказывается, сложнейший механизм кислородного фотосинтеза достиг высокой степени совершенства уже 3 миллиарда лет назад. Как резюмирует доктор Танай Кардона из Лондонского университета королевы Марии, для поиска самых первых шагов этого процесса учёным, возможно, придётся заглянуть в эпоху, когда самих цианобактерий ещё не существовало. Это открытие не просто пополняет багаж фундаментальной науки. Оно смещает временные рамки «Великого кислородного события» — периода, когда насыщение атмосферы кислородом кардинально изменило облик планеты и создало условия для развития сложных форм жизни. Данные свидетельствуют, что «колыбель кислородной жизни» могла начать раскачиваться гораздо раньше, чем предполагалось, бросая вызов современным представлениям о зарождении биосферы.