Tocmai am ajuns să identificăm un moment cheie din istoria evoluției Pământului

Pentru marea majoritate a animalelor de pe Pământ, respirația este sinonimă cu viața. Cu toate acestea, în primii 2 miliarde de ani de existență a planetei noastre, oxigenul era într-o stare rară.

Aceasta nu înseamnă că Pământul a fost lipsit de viață în tot acest timp, ci că viața a fost rară și foarte diferită de ceea ce știm astăzi.

Abia când au apărut bacterii mai complexe capabile de fotosinteză, totul a început să se schimbe, declanșând ceea ce oamenii de știință numesc Marele Eveniment de Oxidare. Dar când s-au întâmplat toate acestea? Cum s-a zguduit toate acestea?

O nouă tehnică de analiză genică a oferit indicii pentru o nouă cronologie. Se estimează că au durat 400 de milioane de ani până când bacteriile au înghițit lumina soarelui și au expirat oxigenul înainte ca viața să înflorească cu adevărat.

Cu alte cuvinte, existau organisme probabil pe planeta noastră capabile de fotosinteză cu mult înainte de Marele Eveniment de Oxidare.

„În evoluție, lucrurile încep întotdeauna puțin”, explica Geologul Greg Fournier de la Massachusetts Institute of Technology.

„Deși există dovezi pentru fotosinteza oxigenică timpurie – care este cu adevărat cea mai uimitoare inovație evolutivă de pe Pământ – a fost nevoie de sute de milioane de ani pentru a decola”.

În prezent există două conturi concurente pentru a explica evoluția fotosintezei la bacterii speciale cunoscute sub numele de cianobacterii. Unii cred că procesul natural de transformare a soarelui în energie a apărut foarte devreme pe scena evoluției, dar a evoluat cu o „siguranță lentă”. Alții sunt de părere că fotosinteza a evoluat mai târziu, dar „a funcționat ca focul”.

O mare parte a controversei provine din presupuneri cu privire la viteza cu care evoluează bacteriile și diferitele interpretări ale înregistrărilor fosile.

Așadar, Fournier și colegii săi au adăugat o altă formă de analiză la mix. În cazuri rare, bacteriile pot moșteni uneori gene nu de la părinți, ci de la alte specii înrudite la distanță. Acest lucru se poate întâmpla atunci când o altă celulă „mănâncă” și încorporează alte gene în genomul său.

Oamenii de știință pot folosi aceste informații pentru a afla vârstele relative ale diferitelor grupuri bacteriene; De exemplu, cei cu gene furate trebuie să le fi modificat dintr-o specie care era prezentă în același timp.

Aceste relații pot fi apoi comparate cu încercări de datare mai specifice, cum ar fi modelele de ceas molecular, care folosesc secvențele genetice ale organismelor pentru a urmări istoria modificărilor genetice.

În acest scop, cercetătorii au pieptănat genomul a mii de specii bacteriene, inclusiv cianobacterii. Căutau cazuri de transfer orizontal de gene.

În total, au identificat 34 de exemple clare. Atunci când au comparat aceste exemple cu șase modele de ceasuri moleculare, autorii au găsit unul în mod special mai adecvat. Alegând această formă a amestecului, echipa a făcut estimări pentru durata de viață a bacteriilor fotosintetice.

Rezultatele indică faptul că toate cianobacteriile care trăiesc astăzi au un strămoș comun care a fost în urmă cu aproximativ 2,9 miliarde de ani. Între timp, strămoși acestea Strămoșii bacteriilor non-fotosintetice au divergut în urmă cu aproximativ 3,4 miliarde de ani.

Fotosinteza a evoluat probabil undeva între aceste două date.

Potrivit modelului evolutiv preferat de echipă, cianobacteriile ar fi putut fi fotosinteză cu cel puțin 360 de milioane de ani înainte de orbita geosincronă. Dacă au dreptate, acest lucru susține ipoteza „fuziunii lente”.

„Această nouă lucrare aruncă o nouă lumină fundamentală asupra istoriei oxigenării Pământului prin legarea înregistrării fosilelor, în moduri noi, cu datele genomului, inclusiv transferurile orizontale ale genelor”. El spune Biogeochimist Timothy Lyons de la Universitatea din California, Riverside.

Descoperirile vorbesc despre începuturile producției biologice de oxigen și importanța sa ecologică, în moduri care oferă constrângeri biotice asupra modelelor și controalelor asupra oxigenării timpurii a oceanului și a acumulării ulterioare în atmosferă.

Autorii speră să folosească în viitor tehnici similare de analiză genetică pentru a analiza alte organisme decât cianobacteriile.

Studiul a fost publicat în Lucrările Societății Regale B.