Фотосинтез. Это именно тот процесс, который сделал возможной жизнь на нашей планете в том виде, в котором мы ее знаем. Однако ученым до сих пор не совсем понятно, когда именно на Земле впервые произошел первый фотосинтез. Даже несмотря на то, что первые следы его хорошо известны. Исследователи достаточно давно установили, что около 2,4 миллиарда лет назад наша планета претерпела очень глубокие изменения. Произошло так называемое Великое окисление, которое быстро изменило состав атмосферы Земли…
Фотосинтез возник раньше
Во время Великого окисления атмосфера Земли обогатилась огромным количеством молекулярного кислорода. А ведь до этого события свободный кислород был довольно редким химическим элементом на Земле! Изменение состава атмосферы было достаточно быстрым, чтобы вызвать катастрофу для первых форм жизни на планете. В те далекие времена большинство из них были прокариотами, то есть одноклеточными организмами. В результате Великого окисления анаэробные виды, обитающие в бескислородной среде, почти полностью вымерли. Однако в то же время Великое окисление дало невиданные доселе возможности для других форм жизни.
Кислород в атмосфере позволил смягчить парниковый эффект. Он преобразовал метан в диоксид углерода, менее мощный парниковый газ. Это вызвало наступление нескольких ледниковых периодов. Кислород – это очень активный элемент. Поэтому он вызвал увеличение разнообразия видов и биологической активности на планете. Этот газ – мощный источник энергии для живых организмов.
Но что же вызвало столь глубокие изменения? Это сделали цианобактерии, обитающие в океанах нашей планеты.
В какой-то момент они вдруг развили способность осуществлять фотосинтез! Этот полезный навык позволил им получать энергию непосредственно из солнечного света. А кислород стал побочным продуктом этого процесса. И это была революция! Это было то, что изменило мир! Ура, товарищи!
Однако до сих пор не решенным остался вопрос: когда именно впервые произошел фотосинтез?
Считается, что цианобактерии развили эту способность где-то между 3,4 и 2,9 миллиарда лет назад. То есть как минимум за 500 миллионов лет до события Великого окисления.
Нет четкого консенсуса
И хотя по этому поводу выдвигались разные гипотезы, ни одна из них не была признана полностью удовлетворительной. Одна группа исследователей, недавно опубликовавшая работу по этому вопросу, в течение многих лет пыталась вычислить, какой период прошел между началом фотосинтеза и преобразованием атмосферы Земли.
Есть несколько способов измерить далекое прошлое. Геохимики например могут измерять возраст кислорода в старых породах. И возраст этот иногда достигает 3,5 миллиарда лет. Кислород в таких породах имеет, в том числе, вероятно, и биологическое происхождение. Но не всегда. Поскольку это не единственный механизм его образования.
Однако подобная методика все же позволяет установить разумную оценку того, когда именно мог начаться фотосинтез. Нужно просто проанализировать летописи окаменелостей, и применить значение примерной скорости генетических изменений с течением времени. Однако такой способ сильно зависит от качества самих окаменелостей. По этой причине группа исследователей использовала новую технику для анализа генов цианобактерий. Они изучали горизонтальный перенос генов. Это то, что происходит, когда один ген переходит от одного вида к другому.
Это несколько другой механизм, нежели вертикальный перенос генов, при котором гены передаются от отца к сыну. С помощью этого метода можно датировать определенные виды. По логике виды, получившие ген, должны быть моложе тех, кто его породил. Изучив тысячи видов современных бактерий, исследователи обнаружили как минимум 34 примера горизонтального переноса генов в истории цианобактерий. Результаты показали, что все цианобактерии, живущие сегодня, имеют какого-то общего предка…
Возвращаясь назад
И выяснилось, что общий предок цианобактерий жил примерно 2,9 миллиарда лет назад. В свою очередь, предки цианобактерий произошли от других бактерий около 3,4 миллиарда лет назад. Итак, фотосинтез должен был возникнуть где-то между этими двумя точками.
В своей работе исследователи объясняют незадачливой публике, что незадолго до события Великого окисления цианобактерии по какой-то причине сильно изменились. И это произошло практически одновременно по всей планете. Вы не находите это странным? Произошло что-то, что привело к колоссальному увеличению содержания молекулярного кислорода в атмосфере. Сразу. И везде.
Ну да ладно. Речь сейчас не об этом. Просто раньше считалось, что в нашей древнейшей истории есть моменты, которые будет невозможно понять. Однако, в конечном итоге, используя сведения о горизонтальном переносе генов, ученые могут вернуться вверх по древу жизни. И изучить микробы, которых нет в текущей летописи окаменелостей. То, что до сих пор считалось невозможным, стало явью.
Как бы то ни было, цианобактерии все еще с нами. И именно они производят большую часть кислорода в океанах и озерах. Фотосинтез открыл новую эру жизни на Земле. Это произошло миллиарды лет назад.
Без этих существ наш дом сегодня был бы совсем другим…