Най-ранното известно доказателство за фотосинтезата на Земята са открити под формата на миниатюрни фосили, прекарали близо 2 милиарда години, затворени в парчета древна скала.
Тези фотосинтетични структури са идентифицирани в колекция от вкаменени цилиндрични цианобактерии Navifusa majensis на 1,75 милиарда години, палеопротерозойска ера, в старата формация Макдермот в пустинята на Северна Австралия. Тези микроструктури се намират във вътрешността на клетките и на днешните фотосинтезиращи организми, които съдържат пигмента хлорофил, използван за поглъщане на светлината за фотосинтезата.
Това означава, че микрофосилите представляват най-старото пряко доказателство за фотосинтеза, което ни дава нова минимална възраст за появата на цианобактериите, съдържащи тилакоиди, и нов инструмент за разбиране на ранните земни екосистеми и как се е появил животът на нашата планета.
Кислородната фотосинтеза, при която слънчевата светлина катализира превръщането на водата и въглеродния диоксид в глюкоза и кислород, е уникална за цианобактериите и свързаните с тях органели в еукариотите.
Цианобактериите имат важна роля в еволюцията на ранния живот и са активни по време на Голямата кислородна катастрофа преди около 2,4 милиарда години, но кога е започнала кислородната фотосинтеза е все още обект на дебат поради ограничени доказателства.
"Нашето изследване предоставя преки доказателства за наличието на метаболитно активни цианобактерии, извършващи кислородна фотосинтеза", пише екипът, ръководен от палеомикробиолога Катрин Демулен (Catherine Demoulin) от Университета в Лиеж. "Днес кислородната фотосинтеза е уникална за цианобактериите и техните пластидни роднини в рамките на еукариотите"
Снимки на микрофосилни образци от Navifusa majensis. Кредит: Demoulin et al., Nature, 2024
Откритията предполагат, че подробен анализ на други вкаменелости би могъл да идентифицира повече подобни структури, като посочи момента, в който фотосинтезиращите структури са били погълнати и пуснати в действие от най-ранните форми на сложни водораслови клетки.
Фотосинтезата, която използва слънчевата светлина, за да превръща водата и въглеродния диоксид в глюкоза и кислород, може да изглежда като нещо, което растенията и водораслите правят само за себе си, но тя е в основата на оцеляването на почти всички живи същества.
Фотосинтезиращите организми не само са в основата на повечето хранителни вериги, но техните метаболитни процеси изпълват атмосферата с кислород, от който повечето от нас се нуждаят, за да оцелеят.
Знаем, че в началото на историята на Земята в атмосферата и океаните не е имало много кислород, който да плува свободно. Различни геохимични доказателства обаче разкриват, че нивата на кислород внезапно са се повишили преди около 2,4 милиарда години по време на така наречената Голяма кислородна катастрофа. Не е ясно какво я е причинило, но една от възможностите е появата на фотосинтезиращи организми.
Най-ранното неоспоримо микрофосилно доказателство за цианобактерии е организъм, наречен Eoentophysalis belcherensis, датиран до преди 2,018 млрд. години. Но вкаменелостите често са трудни за интерпретиране, а вътрешните им структури не винаги оцеляват непокътнати. А и не всички видове цианобактерии имат тилакоиди.
Снимки от трансмисионна електронна микроскопия на образци от Navifusa majensis от формацията Макдермот. Кредит: Demoulin et al., Nature, 2024
Демулен и колегите ѝ използват различни микроскопски техники с висока резолюция, за да изследват външните и вътрешните структури на микрофосили от вида Navifusa majensis, за който се смята, че е цианобактерия. И в телата на едноклетъчните организми от две фосилни находища те откриват тилакоидни мембрани.
Тези вкаменелости са от формацията Грейси Бей в Канада, датирана отпреди 1,01 милиарда години, и от формацията Макдермот отпреди 1,75 милиарда години. Това удължава фосилните данни за тилакоиди с цели 1,2 милиарда години назад - и означава, че кислородната фотосинтеза трябва да се е развила преди това.
Но все още не знаем дали тя се е развила навреме, за да допринесе за Голямата кислородна катастрофа. Само намирането и внимателното проучване на още по-стари вкаменелости може да ни даде отговор на този актуален въпрос.
"Откриването на запазени тилакоиди в N. majensis, за което съобщаваме тук, предоставя преки доказателства за минимална възраст от преди около 1,75 милиарда години за дивергенцията между цианобактериите, носещи тилакоиди, и цианобактериите без тилакоиди", пишат изследователите.
"Предвиждаме, че подобни ултраструктурни анализи на добре запазени микрофосили биха могли да разширят геоложките данни за кислородните фотосинтезатори и за ранните, слабо оксигенирани екосистеми, в които са се развили сложни клетки."
Справка: Demoulin, C.F., Lara, Y.J., Lambion, A. et al. Oldest thylakoids in fossil cells directly evidence oxygenic photosynthesis. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06896-7
Източник:
Scientists Just Discovered a 1.75 Billion-Year-Old Secret About The Origin of Life, ScienceАlert
Photosynthesis Evolved as Early as 1.75 Billion Years Ago, Microfossils Suggest, Enrico de Lazaro, Sci.News
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари